Поляризованного диэлектрика

9.8. Определить намагничивающую силу срабатывания для поляризованного электромагнита (/ш)сра6 при магнитном потоке постоянного магнита Ф0 = 3- 10~5 Вб, площади рабочего зазора s6= 0,6- 10~4 м2 и перемещении якоря от среднего положения х == 4- 10~4 м.

попадают на фотоэлемент, попер эменно перекрываются колеблющимся якорем 4 поляризованного электромагнита. Таким образом, на фотоэлемент попадают синусоидально изменяющиеся с частотой колебания якоря потоки Ф1 и Ф2 .Фазы изменения потоков сдвинуты

Поляризованные электромагниты постоянного тока характеризуются "наличием двух независимых магнитных потоков: поляризующего и рабочего. Поляризующий магнитный поток Фп в большинстве случаев создаетс'я с помощью постоянных магнитов. Иногда для этой цели используют электромагниты. Рабочий поток Фр возникает под действием МДС рабочей обмотки. При отсутствии в ней тока на якорь действует сила притяжения, создаваемая поляризующим магнитным потоком. Действие поляризованного электромагнита зависит как от величины, так и от направления рабочего потока, т. е. от направления тока в рабочей обмотке. Благодаря своим особым свойствам — зависимости действия электромагнита от направления тока в обмотке, высокой чувствительности (низкой мощности срабатывания), возможности получения при обесточенной обмотке нескольких стабильных положений якоря — они получили широкое распространение в электрических аппаратах. На их базе строят как высокочувствительные реле, датчики положения и аппараты защиты, так и сильноточные коммутационные аппараты.

Недостатков этих не будет, если взамен постоянного магнита взять магннтомягкую с-таль и поместить на ней специальную обмотку, имеющую МДС /•'„. Такая система является наиболее простой, и на ее примере легко показать отличие характеристик поляризованного электромагнита от характеристик обычных элек-тромап'итов постоянного тока. В последних якорь может занимать только одно положение при обесточенной обмотке и только одно (притянут к ПОЛЮСУ) при включенной. В рассматриваемой п о-с л е д о в а т е-л ь н о и м а г н и г н о и системе с поляризующей обмоткой будет проходить единый магнитный поток, являющийся результатом совместно:1) действия МДС поляризующего и рабочего источников: Ф=2/7/Г,/?.,. Для упрощения анализа работы электромагнита можно пренебречь потоками рассеяния и насыщением стали. Тогда Ф = Ф6== (Fn±Fp)/Re>z. Считая поле в зазоре равномерным, получим RK:—-2h/ (цо5). Знак плюс перед выражением рабочей МДС означает, что поляризующая и рабочая МДС действуют согласно, минус — встречно. Электромагнитная

Эта зависимость характеризует два основных параметра поляризованного электромагнита: величину Л1\Д=М;,М — момент, удерживающий якорь (при F,, ==()), и МДС срабатывания электромагнит;! /•',,. п,. "Гак как между точками а и б парабола близка к прямой, то для этой области уравнение (2.22) с достаточной точностью д.чя приближенных расчетов может быть записано так:

Как видно, значение МДС срабатывания снижается (чувствительность поляризованного электромагнита повышается) при увеличении сечения полюса S и уменьшении параметра полуразности рабочих зазоров х. Последнее, однако, приводит к уменьшению хода якоря и удерживающего момента при обесточенной обмотке.

тывать конструктивное исполнение поляризованного электромагнита. При сделанных допущениях для решения уравнения (2.226)

В настоящее время наиболее чувствительные поляризованные электромагниты строятся на ба:;е систем мостового типа (магнитная система построена по схеме моста, в одной из диагоналей которого находится якорь). На 2.9,6 показан один из вариантов такого поляризованного электромагнита. С точки зрения воздействия сил притяжения на якорь этот электромагнит аналогичен изображенному на 2.9,в, описывается аналогичными уравнениями и имеет подобные характеристики. В рассматриваемом случае якорь также находится под действием разности двух сил, направленных в разные стороны. Поэтому эта система также является дифференциальной, но с двумя парами зазоров.

2.14 приведены значения m для намагниченных стержней в зависимости от отношения длины магнита /„ к периметру его поперечного сечения р. Угол а, определяющий рабочую точку постоянного магнита А, находят по уравнению (2.26). Если в магнитной цепи будет еще источник МДС внешнего поля (например, рабочей обмотки поляризованного электромагнита с напряженностью Нр = Рр/1„), тогда при данном направлении тока в обмотке рабочая точка А\ сместится влево от точки А (см. 2. 13, а) и индукция будет равна В\. На 2.13,6 показана упрощенная схема замещения (например, для системы, изображенной на 2.9,й) при отсутствии внешнего поля, в которой постоянный магнит заменен фиктивной МДС и внутренним магнитным сопротивлением.

Требуется построить зависимость М (ф) вращающего момента от угла поворота якоря для силового поляризованного электромагнита (ПЭМ) с постоянным магнитом ( 6.34). ПЭМ состоит из постоянного магнита 1, верхнего 2 и нижнего 5 оснований, якоря 3 и П-образной магнитной системы 4 с обмотками управления на ней. Обмотки управления с числом витков N1 и N2 можно соединить согласно-параллельно или последовательно, но они могут быть и изолированы. В качестве постоянных магнитов в силовых быстродействующих ЭММ могут использоваться литые и металлокерамические сплавы и ферриты с большой удельной энергией, достигающей для лучших современных материалов 70 кДж/м3. Наиболее доступными являются ферриты — соединения окислов металлов (Ва, Со, Sr) с оксидами железа. Ферриты обладают большой коэрцитивной силой и малыми значениями магнитной проницаемости (большим внутренним магнитным сопротивлением).

Поляризованные ЭММ. Зависимости тока управления / (/) в обмотке быстродействующего силового поляризованного электромагнита (ПЭМ), ток /тр и время /тр трогания определены в §6.12. Приведем расчет зависимости тока / (t) и хода <р (t) якоря ПЭМ на этапе движения. Положим, что питающее напряжение U ПЭМ постоянное и что

Необходимо отметить, что ток в емкости является током смещения, представляющим изменяющееся во времени электрическое поле; природа его иная, чем у тока проводимости, которого нет в диэлектрике. Лишь часть этого тока можно представлять в виде смещений связанных зарядов поляризованного диэлектрика. Как известно, ток смещения, так же как и ток проводимости, всегда связан с магнитным полем, и его следует рассматривать как выражение общего закона электромагнетизма, утверждающего, что изменяющееся во времени электрическое поле создает магнитное поле, т. е. эквивалентно току. Этот закон является двойственным закону электромагнитной индукции, утверждающему, что изменяющееся во времени магнитное поле создает электрическое поле. Только при введении токов смещения сохраняется замкнутость тока: линии тока смещения в диэлектрике являются продолжением линий токов проводимости в обеих обкладках конденсатора ( 1.7, б).

где Я — поляризованность диэлектрика, которая равна электрическому моменту единицы объема поляризованного диэлектрика.

Сумма электрических моментов в единице объема данного поляризованного диэлектрика численно определяет собой так называемую поляризованность. Она является векторной величиной, для большинства диэлектриков пропорциональной напряженности электрического поля

Поскольку в массе диэлектрика отдельные атомы и молекулы лишь поляризуются, а не распадаются на положительно и отрицательно заряженные ионы, в каждом элементе объема поляризованного диэлектрика заряды обоих знаков равны. Поэтому диэлектрик во всем своем объеме остается электрически нейтральным. Исключение представляют заряды полюсов молекул, находящихся у граничных поверхностей диэлектрика; такие заряды образуют тонкие заряженные слои у этих поверхностей. В од-нородной среде явление поляризации можно представить как стройное распо- рис 4.2

В физике поляризованность определяется как электрический момент единицы объема поляризованного диэлектрика. Такое определение дает возможность рассчитывать поля поляризованных тел.

Действие всех диполей в данном объеме поляризованного диэлектрика складывается векторно, поэтому электрический момент некоторого объема диэлектрика равен векторной сумме моментов всех диполей данного объема.

Найдем связь между поляризованностью, определяемой как электрический момент единицы объема и как плотность связанных зарядов диэлектрика. Для этого выделим из общей массы поляризованного диэлектрика небольшой прямоугольный параллелепипед объема ДУ, ограниченный двумя поверхностями Д5, находящимися на расстоянии Д/ друг от друга. Предположим, что этот параллелепипед расположен так, что поверхности Д5 нормальны к направлению вектора поляризованности ( 4-7).

§ 4-16. Измерение напряженности и индукции внутри поляризованного диэлектрика

Для большей реальности можно представить, что выделенный объем трубки находится в диэлектрике и силы dfl и d/2 представляют собой результат взаимодействия электрического поля со связанными зарядами поляризованного диэлектрика, сосредоточенными на поверхности торцов dSl и dS2 элемента трубки.

Проявляющиеся на границе раздела двух диэлектриков силы, которые возникли в результате взаимодействия электрического поля со связанными, зарядами поляризованного диэлектрика, не уравновешиваются и могут вызвать движение или деформацию диэлектриков. Твердый диэлектрик в однородном поле испытывает действие только деформирующих сил. Деформация диэлектриков под действием сил поля называется элсктрострищией.