Ферромагнитных сердечников

Индукционное действие магнитного поля состоит в том, что в катушке, пронизываемой переменным магнитным потоком, а также в проводнике, движущемся относительно магнитного поля, индуктируется ЭДС. На использовании индуктированных ЭДС основан принцип действия генераторов, трансформаторов, многих приборов контроля, управления и автоматизации производственных процессов. Силовое действие магнитного поля заключается в том, что на электрические заряды, проводники с токами и детали из ферромагнитных материалов, находящиеся в магнитном поле, действуют электромагнитные силы.

Для получения требуемой ЭДС или силы в электромагнитном устройстве должно быть создано магнитное поле определенной интенсивности и направленности действия. С этой целью в каждом электромагнитном устройстве имеется магнитная цепь (магнитная система), состоящая из магнитопрово-да, выполняемого в общем случае из различных ферромагнитных материалов, и одной или нескольких намагничивающих обмоток.

В 'электротехнике все вещества разделяют на ферромагнитные и неферромагнитные. К первым относятся сталь, никель, кобальт и их сплавы с различными присадками. Забегая несколько вперед, отметим, что у ферромагнитных материалов при определенных условиях ur » 1 и ца ;>> ц0.

При расчете магнитных цепей приходится решать две задачи: наиболее часто встречающуюся прямую задачу и обратную задачу. Прямой считается задача, когда по известному магнитному потоку или магнитной индукции участка магнитопровода определяют МДС или ток намагничивающей обмотки. При решении обратной задачи, наоборот, МДС или ток считаются известными, а определению подлежат магнитный поток или магнитная индукция. При решении как прямой, так и обратной задач геометрические размеры и данные ферромагнитных материалов магнитопровода обычно считаются известными.

6.3. СВОЙСТВА ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Свойства ферромагнитных материалов оценивают обычно по кривым намагничивания, представляющим собой зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля В(Н). Кривые намагничивания получают опытным путем. Напряженность изменяют за счет изменения тока намагничивающей обмотки, расположенной на испытуемом образце. Определение напряженности производят с помощью закона полного тока. Для определения магнитной индукции используют индукционное действие магнитного поля.

Если / = /2, то независимо от площадей поперечного сечения Sl и S2, а также марки ферромагнитных материалов ветвей получим Н, = Н2. Если ветви выполнены из одинакового ферромагнитного материала, то при Н1=Н2 и В1~В2. Магнитные потоки ветвей в случае В^ =Вг будут равны лишь при равенстве площадей, так как O1=B,S1, а Ф2 = B2S2.

Для уменьшения потерь на перемагничивание ДР, магнито-проводы электромагнитных устройств, работающих на переменном токе, изготовляют из магнитно-мягких ферромагнитных материалов с узкой петлей гистерезиса. Для уменьшения потерь на вихревые токи ДРВ магнитопроводы устройств, работающих при переменном токе частотой 50 Гц, изготовляют не из сплошного материала, как показано на рис 6.22, а, а из отдельных изолированных друг от друга стальных листов ( 6.22,6) толщиной d = 0,35 -=- 0,5 мм. Это приводит к увели-

частоте 50 Гц и максимальных значениях магнитной индукции 1,5 и 1,0 Тл, Вт/кг. Показатель степени п в формуле (6.34) для многих ферромагнитных материалов близок к двум. Формула (6.34) пригодна для расчетов при изменении Вт от 0,5 до 1,6 Тл и /от 10 до 100 Гц.

В § 6.13 было сказано, что показатель степени п в (6.32) для многих ферромагнитных материалов близок к двум. В этом случае при / = const ДРС = Ш'2 и согласно (6.37) получим

Вследствие того что кривая намагничивания ферромагнитных материалов отличается от идеализированной, а также из-за потоков рассеяния характеристика управления реального МУ ( 6.44,6) несколько отличается от рассмотренной. Однако если магнитопровод МУ выполнен из материала с «прямоугольной» петлей гистерезиса, то характеристики отличаются незначительно и практически можно пользоваться идеализированной характеристикой управления 6.44, я.

Приборы электродинамической системы обладают высокой точностью (обусловленной отсутствием ферромагнитных сердечников) и могут быть использованы для измерения электрических величин в цепях постоянного и переменного тока. Недостатками приборов являются чувствительность к перегрузкам и влияние посторонних магнитных полей на точность измерений. Приборы этой системы используются в качестве амперметров, вольтметров, и ваттметров.

В электродинамическом приборе измеряемые токи возбуждают относительно слабое магнитное поле в воздухе. Поэтому для получения достаточного вращающего момента нужны катушки измерительного механизма с большими числами ВИТКОР и собственное потребление энергии прибором относительно велико. Из-за слабого магнитного поля прибор чувствителен к внешним магнитным влияниям; для защиты от этих влияний приборы имеют экраны. Так как условия охлаждения плохие (теплоотдача через слой воздуха), то электродинамические механизмы не допускают сколько-нибудь значительной перегрузки (в особенности амперметры). Наконец, приборы этой системы дорогие. Однако благодаря отсутствию в магнитном поле ферромагнитных сердечников - элементов с нелинейными свойствами - точность электродинамического прибора может быть высокой — класса 0,2 и даже 0,1.

Различают механизмы без ферромагнитных сердечников — эле к-тродинамические и механизмы с ферромагнитными сердечниками — ферродинамические.

Впервые нелинейность зависимости В = f(H) установил выдающийся русский физик А. Г. Столетов, описавший эту зависимость в 1871 г. А. Г. Столетов также впервые указал на большой эффект, получаемый в результате применения замкнутых ферромагнитных сердечников.

Наряду с электровакуумными и полупроводниковыми управляемыми элементами на практике широко применяются управляемые ферромагнитные элементы, основанные на использовании нелинейности ферромагнитных сердечников.

В электродинамическом приборе измеряемые токи возбуждают относительно слабое магнитное поле в воздухе. Поэтому для получения достаточного вращающего момента нужны катушки измерительного механизма с большими числами витков и собственное потребление энергии прибором относительно велико. Из-за слабого магнитного поля прибор чувствителен к внешним магнитным влияниям; для защиты от этих влияний приборы имеют экраны. Так как условия охлаждения плохие (теплоотдача через слой воздуха), то электродинамические механизмы не допускают сколько-нибудь значительной перегрузки (в особенности амперметры) . Наконец, приборы этой системы дорогие. Однако благодаря отсутствию в магнитном поле ферромагнитных сердечников — элементов с нелинейными свойствами - точность электродинамического прибора может быть высокой — класса 0,2 и даже 0,1 .

механизма с бслышми числами витков и собственное потребление энергии прибором относительно велико. Из-за слабого магнитного поля прибор чувствителен к внешним магнитным влияниям; для зашиты от этих влияний приборы имеют экраны. Так как условия охлаждения плохие (теплоотдача через слой воздуха) , то электродинамические механизмы не допускают сколько-нибудь значительной перегрузки (в особенности амперметры). Наконец, приборы этой системы дорогие. Однако благодаря отсутствию в магнитном поле ферромагнитных сердечников — злементов с нелинейными свойствами — точность электродинамического прибора может быть высокой — класса 0,2 и даже 0.1 . Г. Индукционная система. Индукционная измерительная система основана на использовании вращающегося магнитного поля. Если синусоидальные токи в двух катушках, определенным образом ориентированных в пространстве, не совпадают по фазе, то в части пространства результирующее магнитное поле этих двух катушек будет вращающимся вокруг некоторой оси. Если на этой оси находится тело из материала с малым удельным сопротивлением, то в нем возникнут вихревые токи, 120

В случае ферромагнитных сердечников индуктивность намагничивания равна индуктивности первичной обмотки. В схему она включается в соответствии с (9.68) параллельно катушке первичной стороны идеального трансформатора.

ее искривление. Однако при дальнейшем насыщении магнитной системы машины соответствующий этому участок характеристики холостого хода снова становится линейным, но уже с небольшим наклоном относительно оси абсцисс, подобно тому, как это наблюдается в магнитных системах без ферромагнитных сердечников.

обусловленную нагревом проводников электрическими токами, а также нагревом ферромагнитных сердечников вихревыми токами и перемагничиванием.

Отдельно следует остановиться на возможностях использования для осуществления реле и защит в целом нелинейных свойств ферромагнитных сердечников.