§ 8. МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ

Магнитная цепь. Магнитное поле электротехнических устройств обычно стремятся усилить и сосредоточить, применяя магнитопроводы из ферромагнитных материалов, по которым замыкается магнитный поток постоянного магнита или электромагнита.

Сочетание магнитопроводов и воздушных зазоров, в которых распространяется магнитный поток, составляет магнитную цепь электрической машины, аппарата или прибора.

Закон полного тока. В большинстве электротехнических устройств магнитный поток замыкается по цепи, состоящей из нескольких участков, например k. В пределах каждого из этих участков напряженность магнитного поля можно считать постоянной. В этом случае мдс равна сумме произведений напряженностей поля на длины соответствующих участков магнитной цепи:

Это уравнение выражает закон полного тока для магнитной цепи.

Расчет магнитной цепи. Целью расчетов магнитных цепей электротехнических устройств чаще всего является определение мдс, требуемой для получения необходимой магнитной индукции (например, магнитной индукции в воздушном зазоре электрической машины). Основой для расчета является закон полного тока для магнитной цепи:

Рис. 29. К расчету магнитной цепи: а — магнитная цепь; б — зависимость В(Н) для магнитного материала

Рассмотрим последовательность расчета на примере магнитной цепи, изображенной на рис. 29, а. Цепь образована магнитопроводом 1 из листовой электротехнической стали с воздушным зазором 2 длиной l₅. Магнитопровод можно разделить на участки длиной l₁, l₂ и т. д., на каждом из которых сечение магнитопровода постоянно и соответственно равно S₁, S₂ и т. д. Если задана индукция в воздушном зазоре В₅, то можно определить магнитный поток, считая сечение потока в зазоре равным площади сечения прилегающего участка S₄:

Индукция на участках магнитопровода определяется по формулам: В₁ = Ф/S₁ = В₅; В₂ = Ф/S₂ и т. д.

Затем из графика зависимости В(Н) (рис. 29, б) по найденным значениям В определяют напряженности Н₁, Н₂ и т. д. для разных участков магнитопровода. Напряженность поля в воздушном зазоре H₅ = B₅/ (так как для воздуха = 1, а ==).

Длину каждого из участков магнитопровода с разными сечениями отсчитывают по средней магнитной линии, как показано пунктиром на рис. 29, а.

Найдя значения Н, рассчитывают, наконец, значения мдс по закону полного тока:

Iw = Н₁l₁+ Н₂l₂+ Н₃l₃+ Н₄l₄+ Н₅l₅

Зная Iw, можно определить I, если задано w, или, наоборот, найти w, если задано I.

Использование магнитного поля. Области применения магнитных полей в технике разнообразны и все более расширяются. Магнитные поля используют в электрических машинах и трансформаторах, электрических аппаратах, измерительных приборах и других электротехнических устройствах. Магниты необходимы в магнитофонах и проигрывателях, радиоприемниках и телевизорах, электробритвах и пылесосах.

Мощные магнитные поля необходимы в современных энергетических и физических установках. Например, для формирования потока заряженных частиц в ускорителях, для удержания плазмы в камерах магнитных ловушек в физических установках. Сильное магнитное поле создают в магнитогидродинамических генераторах, с которыми связано прогрессивное направление в развитии электроэнергетики.

Электромагниты являются элементами конструкций многих технологических установок и механизмов. Так, для подъема и транспортировки ферромагнитных материалов применяют подъемные электромагниты; для пуска, торможения и переключения скоростей в кинематических цепях станков широкое распространение получили электромагнитные муфты; для удержания деталей на плоскошлифовальных станках — электромагнитные плиты; для извлечения стальных и чугунных тел из массы сыпучего обрабатываемого материала — магнитные сепараторы; для управления потоками газов и жидкостей — электромагнитные краны и клапаны.

Электромагнитное поле используют и непосредственно в технологических процессах. Так, для термической обработки деталей, нагрева и расплавления металлов широко применяют индукционные установки, в которых выделение теплоты происходит за счет вихревых токов, наводимых в металле переменным магнитным потоком.