Магнитным свойствам

Для участка цепи с нелинейным магнитным сопротивлением гм можно построить вебер-амперную характеристику — зависимость магнитного потока Ф от магнитного напряжения U на этом участке магнитопровода. Вебер-амперная характеристика участка магнитопровода рассчитывается по основной кривой намагничивания ферромагнитного материала В(Н). Чтобы построить вебер-амперную характеристику, нужно ординаты и абсциссы всех точек основной кривой намагничивания умножить соответственно на площадь поперечного сечения участка S и его среднюю длину /.

На 7.11 приведены вебер-амперные характеристики Ф(?/ ) для ферромагнитного участка с нелинейным магнитным сопротивлением r?i и Ф(?/м2) для воздушного зазора с постоянным магнитным сопротивлением гм2 =/2/52ро магнитонроводапо7.9. 176

Если в воздушный зазор медленно вводить ферромагнитный замыкатель с малым магнитным сопротивлением, то значение индукции

Пренебрегая магнитным сопротивлением сердечника и якоря, найдем по (2.5) энергию однородного магнитного поля в воздушном зазоре высотой х н площадью поперечного сечения 25/2 :

Электромагнит цепи тока счетчика имеет U-образную форму — его магнитный поток примерно половину пути проходит в воздухе. Так как магнитное сопротивление ферромагнитного участка магнитопровода незначительно по сравнению с магнитным сопротивлением воздушного промежутка, то им можно пренебречь и выразить мгновенное значение потока этого электромагнита следующим образом [см. (7.7)]:

Рассмотрим, как распределяется магнитная индукция иод полюсами вследствие реакции якоря. Пока поле создается только главными полюсами, оно симметрично по отношению к оси полюсов и под полюсами почти равномерно ( 13.16, кривая 1). Обмотка якоря распределяется вдоль окружности якоря в пазах. Поэтому ток в обмотке якоря создает МДС, которая изменяется ступенчато вдоль этой окружности. Но так как число пазов довольно велико, то можно заменить ступенчатую кривую прямой. Наибольшее значение МДС якоря достигается, на оси щеток (кривая 2). Е:сли рассматривать поле якоря независимо от главного, то распределение его магнитной индукции будет в большой мере определяться магнитным сопротивлением на пути потока якоря. Это сопротивление относительно мало и постоянно вдоль 154

Стержни клеток размещены соответственно в наружной и внутренней частях паза. Такое расположение клеток приводит к значительному различию их индуктивностей рассеяния. У внутренней клетки индуктивность рассеяния велика, так как стержни этой клетки окружены сталью, прорезанной лишь сверху узкой щелью паза ( 14.29,а и б), а у наружной клетки она значительно меньше, так как значительная часть пути линий поля рассеяния вокруг стержней проходит в воздушном промежутке между ротором и статором с большим магнитным сопротивлением и по щели паза под стержнями.

ного поля только частично проходит по сердечнику, замыкаясь в основном по воздуху. Это поле создает свое потокосцепление, которое называется п о -токосцеплением рассеяния и обозначается ?0. Так как магнитное сопротивление участков пути в сердечнике ничтожно мало по сравнению с магнитным сопротивлением воздушных участков, то считают, что интенсивность поля рассеяния пропорциональна силе тока катушки. При этом зависимость Т0(г) выражается уравнением Чга= L0i. При анализе физических процессов в катушке с ферромагнитным

Большинство трансформаторов выполняют на сердечниках, которые собирают из изолированных лаком листов горячекатаной электротехнической стали марки Э4. Сборку сердечника проводят так, чтобы воздушные зазоры были сведены к минимуму; при задан ной величине рабочего потока ток холостого хода /,х будет тем меньше, чем меньше сопротивление магнитной цепи. Поэтому листы собирают таким образом, чтобы воздушные зазоры между ними (стыки) перекрывались в следующем слое ( 13.19,а). Изготовленные этим способом сердечники называются шихтованными. Хотя зазоры перекрываются листами соседних слоев, в местах стыков образуется слой с высоким магнитным сопротивлением. Это происходит вследствие того, что в листах, смежных с зазором ( 13.19,6), магнитные линии сгущаются и индукция возрастает до 2,0 ч- 2,5 Т. При такой индукции относительная магнитная проницаемость падает до нескольких единиц. В расчетной практике этот слой заменяют эквивалентным воздушным зазором, магнитное сопротивление которого равно сопротивлению стыка. Измерения на готовых сердечниках показывают, что

возрастание Фяах, а Ф„и является линейной функцией тока возбуждения, 1.5,6, так как определяется только магнитным сопротивлением воздушного промежутка.

Магнитная система, состояшая из магнита и внешнего зазора, например, работает в точке К, на кривой размагничивания магнита. Если приложить внешнюю намагничивающую силу, то процесс намагничивания будет проходить по вторичной гистерезисной кривой, называемой линией магнитного возврата. Кривые возврата имеют вид узкой заостренной полоски и заменяются прямой линией, угол наклона которой характеризуется коэффициентом возврата р, равным тангенсу угла наклона прямой р = tg}. Следовательно, работа магнита в электрических машинах с изменяющимся намагничивающим полем или магнитным сопротивлением происходит по прямым магнитного возврата, а не по кривой размагничивания. Коэффициент возврата для точки К, соответствующей максимуму удельной энергии магнита, является константой магнитного материала.

Металлокерамические магниты получают из металлических порошков путем прессования их без связывающего материала и спекания при высокой температуре. По магнитным свойствам они лишь немного уступают литым магнитам, но дороже последних.

Зависимость диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля впервые была обнаружена у сегнетовой соли (NaKC4H4Oe -4H2O), в связи с чем диэлектрики, обладающие этим свойством, называют с е г н е -тоэлектриками1. Электрические свойства сегнето-электриков, подробно исследованные И. В. Курчатовым и др., в значительной степени подобны магнитным свойствам ферромагнитных веществ. Характер зависимости q (и) сег-нетоконденсатора аналогичен зависимости Ч*1 (г) для катушки с ферромагнитным сердечником.

По магнитным свойствам вещества подразделяют на слабомагнитные и сильномагнитные, или просто магнитные. К первым относятся диамагнетики и парамагнетики, ко вторым - ферромагнитные вещества и ферриты. В качестве магнитных материалов в технике применяют сильномагнитные вещества. Магнитное поле в веществе характеризуется тремя векторами: вектором магнитной индукции В, вектором намагниченности М и вектором напряженности магнитного поля Н = В/ц0 - М (см. приложение 2). Свойства материала определяются его относительной магнитной проницаемостью цг = В/(ц0Я) (табл. 7.1).

Полученные соотношения по заданному значению магнитного потока Ф, или соответственно магнитной индукции В, размерам и магнитным свойствам материала магнитопровода и соответствующим кривым намагничивания В (Я) позволяют определить магнитодвижущую силу F = wl, необходимую для создания заданного магнитного потока Ф.

По магнитным свойствам все материалы могут быть подразделены на две группы: ферромагнитные (железо, кобальт, никель, гадолиний и некоторые другие металлы и их сплавы) и неферромагнитные (все материалы, за исключением ферромагнитных).

Для современных изелий, в которых широко применяют микросхемы, полупроводниковые приборы и другие малогабаритные детали, часто прибор компонуют из отдельных субблоков, конструкция которых была рассмотрена в § 14.2. Для таких изделий обычно делают цельносварные бескаркасные корпуса. Например, если основой конструкции является легкосъемный субблок, показанный на 14.3, то блок разделяют на секции, в которых имеются направляющие устройства для каждого субблока. Элементы конструкции, разделяющие корпус на секции, вместе с наружными стенками обеспечивают такой конструкции хорошую прочность и жесткость; при этом и масса корпуса получается малой. Обычно усиления приходится делать только в местах, где действуют местные повышенные нагрузки. Например, места крепления амортизаторов усиливают гнутыми угольниками из листового материала. Для изготовления сварных копусов можно использовать углеродистую сталь 10КП, алюминиевые сплавы АМцА, АМг, Д16, нержавеюшую сталь 1Х18Н9Т, титановый сплав ВТ1 и др. Выбор конкретной марки материала определяется требованиями к стоимости, массе, коррозионной устойчивости, механической прочности, магнитным свойствам и другим параметрам корпуса.

Зависимость диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля впервые была обнаружена у сегнетовой соли (ЫаКС4Н4Об-4Н2О), в связи с чем диэлектрики, обладающие этим свойством, называют сегнето-электриками1. Электрические свойства сегнетоэлектриков, подробно исследованные И. В. Курчатовым и др., в значительной степени подобны магнитным свойствам ферромагнитных веществ. Характер зависимости q(u) сегнетоконденсато-

1-60. Электрические свойства сег-нетоэлектриков аналогичны магнитным свойствам ферромагнетиков;

§ 14.1. Подразделение веществ на сильномагнитные и слабомагнитные. Из курса физики известно, что все вещества по их магнитным свойствам подразделяют на диамагнитные, парамагнитные, ферромагнитные, ферримагнитные и антиферромагнитные. У диамагнитных веществ относительная магнитная проницаемость цл<1, например для висмута \иг = 0,99983, у парамагнитных веществ ц,г>1, например для платины ц,г = 1,00036. У ферромагнитных веществ (железо, кобальт и их сплавы) цл много больше единицы (например, 104, а у некоторых материалов даже до 106). У ферримаг-нитных веществ ц,гтого же порядка, что и у ферромагнитных, а у антиферромагнитных веществ \лг того же порядка, что и у парамагнитных.

Для сердечников малых импульсных трансформаторов, предназначенных для трансформирования импульсов напряжения длительностью менее 1 мкс при больших частотах их следования, применяют магнитный материал, называемый ферритом. По своим магнитным свойствам ферриты относятся к низкокоэрцитивным магнитным материалам. Благодаря высокому удельному электрическому сопротивлению ферритов магнитные потери на вихревые токи в них в переменных магнитных полях при больших частотах получаются незначительными. Ферриты представляют собой прессованный материал с мелкозернистой структурой. Они обладают значительной твердостью и поэтому плохо поддаются обработке обычным режущим инструментом. Их механическая обработка возможна только с помощью абразивов.

Магниты, изготовленные методом порошковой металлургии, лишь немного уступают литым магнитам по магнитным свойствам, но превосходят их по однородности и прочности и обычно не нуждаются в дополнительной механической обработке. Таковы же механические свойства и металлоплас-тических магнитов, но значение остаточной индукции у них на 30—50% ниже, чем у таких же по составу литых магнитов.