Введение в цифровую электронику Магнитные цепи Полупроводниковые приборы Передача дискретных сигналов Выражение мощности в комплексной форме Резонанс напряжений Преобразователи напряжения Сглаживающие фильтры

Расчетные задания курсовой по электронике и электротехнике

Основы теории магнетизма

 Нагрузкой электрических цепей, в общем случае, являются электромагнитные устройства. Их работа основана на использовании электромагнитного поля.

 К электромагнитным устройствам относятся трансформаторы, генераторы, электродвигатели, преобразователи, электроизмерительные приборы, реле, муфты и другие.

 Разработанная теория магнитного поля позволяет не только понять механизм действия магнитного поля, но и рассчитать электромагнитные устройства. Рассмотрим ее основы.

1.Основные физические величины и соотношения

  Основные физические величины, описывающие магнитное поле, известны из курса физики. К ним относятся: магнитная индукция, магнитный поток, намагниченность, напряженность магнитного поля, магнитная проницаемость.

 Магнитная индукция В определяется силой, испытываемой единичным зарядом Q, движущимся в магнитном поле со скоростью V:

 . (8.1)

 Магнитная индукция измеряется в теслах [Тл].

 Магнитный поток  - это поток вектора магнитной индукции через площадь S:

  . (8.2)

 В однородном магнитном поле, перпендикулярном площади S, магнитный поток:

 . (8.3)

 Магнитный поток измеряется в веберах [Вб]:

.

 Намагниченность есть магнитный момент единицы объема вещества:

 , (8.4)

где  - вектор магнитного момента элементарного контура:

.

 Напряженность магнитного поля Н связана с магнитной индукцией В и намагниченностью М зависимостью:

 , (8.5)

где  - магнитная постоянная, причем:

Гн/м.

 Намагниченность и напряженность магнитного поля измеряются в А/М.

 Для ферромагнитных материалов:

 , (8.6)

где - относительная магнитная проницаемость.

 Воздействие магнитного поля бывает двух видов:

 1. Индуктивное воздействие.

  В этом случае в перемещаемом в магнитном поле проводнике возникает электродвижущая сила. Если же это поле переменное, то э.д.с. возникает в неподвижном проводнике.

  2. Электромагнитное воздействие.

 В этом случае на проводник с током в магнитном поле действует сила со стороны поля.

2.Характеристика магнитных свойств ферромагнитных материалов

 Ферромагнитные материалы характеризуют зависимостью магнитной индукции от напряженности магнитного поля:

.


Эта зависимость устанавливается опытным путем. На рис. 8.1. приведено ферромагнитное кольцо с обмоткой в виде витков провода. Если увеличивать

ток в витках, то Н и В будут возрастать от нулевых значений по кривой начальной намагниченности (рис.8.2). Участок «оа» кривой есть начальная область, «аб» - область интенсивного намагничивания, «бв» - колено кривой, «вг» - участок насыщения, на котором намагниченность постоянная.

 Отношение  есть абсолютная магнитная проницаемость, причем

,

 где - относительная магнитная проницаемость.

 Относительная магнитная проницаемость зависит от Н и может изменяться от единиц до десятков тысяч. Она показывает, во сколько раз магнитная проницаемость материала больше магнитной проницаемости вакуума.


Намагничивание сопровождается отставанием изменения  от . Это обусловлено внутренним трением между границами областей самопроизвольного намагничивания и потерей энергии. Поэтому при циклическом изменении Н зависимость В=f(H) приобретает вид петли гистерезиса (рис.8.3). На рисунке Вr - остаточная намагниченность, НС- коэрцитивная сила. Площадь петли гистерезиса пропорциональна энергии, выделяющейся в единице объема ферромагнитного материала за один цикл перемагничивания.

 Ферромагнитные материалы бывают магнитотвердые и магнитомягкие. Магнитомягкие используются для изготовления магнитопроводов. К таким материалам относятся:

 -технически чистое железо,

 -листовая электротехническая сталь (железокремнистая),

  -железоникелевые стали (пермаллой).

 Кривые намагничивания этих материалов приведены на рис.8.4.


График кривой намагничивания используется для выбора материалов при расчете электромагнитных устройств.