Материал: 2416

Алгебраическая сумма токов, пронизывающих поверхность, ограниченную замкнутым контуром, называется полным током и обозначается ∑I . Положительными следует считать те токи, направление которых соответствует обходу контура по часовой стрелке (правило буравчика). В частности, для контура на рис. 5.2

Закон полного тока устанавливает, что интеграл от напряженности магнитного поля по любому замкнутому контуру равен алгебраической сумме токов, сцепленных с этим контуром:

Так как Нк·ℓк=Uмк, а величина ∑I называется магнитодвижущей силой (МДС), то согласно закону полного тока МДС F равна сумме произведений напряженностей магнитного поля на длины соответствующих участков для контура магнитной цепи. Если число витков катушки с током, сцепленных с контуром, равно wр, то

где Fp = I p wp – МДС.

5.3. Циклическое перемагничивание

Магнитное состояние ферромагнетика (ферромагнитного материала), подвергающегося переменному намагничиванию, характеризуется гистерезисным циклом. Из курса физики известно, что намагничивание ферромагнитных материалов сопровождается явлением гистерезиса, т.е. отставанием изменения индукции В от изменения напряженности магнитного поля Н.

Если сначала намагнитить материал, т.е. увеличить напряженность магнитного поля Н, а затем уменьшить ее до нуля и далее, изменив направление Н, снова увеличить напряженность с последующим уменьшением до нуля, то в результате такого циклического медленного перемагничивания получим зависимость В=f(H) в виде замкнутого цикла, называемого петлей гистерезиса. На рис. 5.3,б приведена петля гистерезиса тонкостенного тороида из ферромагнитного материала.

Предположим, что ферромагнитный материал тороида, являющегося сердечником катушки, полностью размагничен и ток в катушке

I=0.

120

Рис. 5.3. Тонкостенная тороидная катушка (а) и кривые ее намагничивания (б): 1 – кривая первоначального намагничивания;

2 – гистерезисный цикл (петля гистерезиса)

Если теперь плавно увеличивать постоянный ток I в катушке, то в ферромагнитном материале возникает магнитное поле, напряженность которого определяется законом полного тока

где 2πr=ℓ – длина контура (средней линии сердечника); w – число витков катушки.

Каждому значению напряженности Н магнитного поля в тороиде соответствует определенная намагниченность ферромагнитного материала и определенная магнитная индукция В.

Если начальное магнитное состояние материала тороида характеризуется значениями Н=0, В=0, то при плавном нарастании тока получим нелинейную зависимость В=f(H), которая называется кривой первоначального намагничивания (см. рис. 5.3,б).

Начиная с некоторых значений напряженности Н магнитного поля, индукция В в тонкостенном ферромагнитном тороиде практически перестает увеличиваться и остается равной Вmax. Эта область зависимости В=f(H) называется областью технического насыщения. Замкнутый цикл В=f(H) называется предельной петлей гистерезиса (гистерезисный цикл). Она характеризуется тем, что при дальнейшем увеличении напряженности магнитного поля форма петли не изменяется. Когда в процессе перемагничивания ток катушки и соответственно напряженность магнитного поля будут равны нулю, магнитная ин-

121

дукция сохранит некоторое значение, называемое остаточной индукцией Вr (см. рис. 5.3,б). Чтобы довести магнитную индукцию до нуля, нужно изменить направление тока в катушке и создать поле напряженностью Нс, которая называется коэрцитивной силой (см. рис. 5.3,б). Две точки предельной петли Вr и Нс являются паспортными характеристиками материала.

Ферромагнитные материалы бывают магнитомягкие и магнитотвердые. У магнитомягких материалов Нс<0,05–0,01 А/м. У магнитотвердых материалов Нс>20–30 кА/м. Магнитотвердые материалы используются для изготовления постоянных магнитов, а магнитомягкие

– для изготовления магнитопроводов электротехнических устройств, работающих в режиме перемагничивания.

Из ферромагнитных материалов с линейными характеристиками изготавливают участки магнитопроводов для катушек индуктивности колебательных контуров с высокой добротностью. Такие контуры применяются в различных радиотехнических устройствах (приемниках, передатчиках), в малогабаритных антеннах средств связи и т.д.

На рис. 5.4 приведены основные кривые намагничивания некоторых электротехнических сталей, используемых в электрических машинах, трансформаторах и других устройствах, а также пермаллоя и чугуна.

122

5.4. Свойства магнитных цепей

Магнитной цепью называется совокупность источников МДС и магнитопроводов (ферромагнитных тел или сред), предназначенных для создания в определенном месте электротехнического устройства магнитного поля требуемой интенсивности, определенной конфигурации и надлежащей направленности. Магнитные цепи бывают простые и сложные (разветвленные), однородные и неоднородные (состоящие из различных материалов) (рис. 5.5).

где w – число витков; ℓср – длина средней линии магнитопровода; F=I·w – намагничивающая сила обмотки.

Однако на практике чаще встречаются устройства не с равномерно распределенной обмоткой, а с об-

моткой, сосредоточенной в одном месте кольцевого или прямоугольного магнитопровода. В этих случаях часть магнитных линий замыкается не только по магнитопроводу, но и в окружающем пространстве, образуя линии рассеяния магнитного потока. Для удобства расчета

123