Основные величины, характеризующие магнитное поле, и ферромагнитные материалы

В различных областях техники широкое применения находят электромагнитные механизмы и устройства, которые преобразуют электрическую энергию в механическую. Они также создают магнитные поля с необходимыми характеристиками. К электромагнитным механизмам относятся электромагнитные реле, контакторы, пускатели; к электромагнитным устройствам относятся трансформаторы, магнитные усилители.

Магнитной цепью (магнитопроводом) называется совокупность различных ферромагнитных и неферромагнитных частей электротехнических устройств для создания магнитных полей нужных конфигурации и интенсивности. Магнитная цепь состоит из магнитопровода, в котором концентрируется и практически замыкается весь магнитный поток.

Электрический ток связан с магнитным полем. Основные величины, характеризующие магнитное поле, следующие.

Магнитный поток Ф измеряется в веберах, Вб.

Если магнитное поле равномерно, то

Для катушки индуктивности L c количеством витков w потокосцепление равно

.

Единицы измерения потокосцепления - вебер, Вб.

Магнитная индукция В – характеризует интенсивность магнитного потока, (где S – сечение магнитопровода, м²); единицы магнитной индукции – тесла, Тл.

Напряженность магнитного поля связана с магнитной индукцией соотношением

Единицы напряженности магнитного поля - А/м.

Магнитная проницаемость вещества

.

Относительная магнитная проницаемость , которая характеризует качество ферромагнитного материала, т.е. способность магнитопровода из этого материала «проводить» магнитный поток, возбужденный током обмотки.

Магнитная проницаемость в вакууме, магнитная постоянная

Гн/м.

Все вещества по величине магнитной проницаемости делятся на: диамагнетики – m < m₀ (висмут); парамагнетики – m > m₀ (кислород); ферромагнетики – m >> m₀ (железо, кобальт, никель и их сплавы).

Кривая намагничивания (рис.50) показывает связь между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля. Первый участок(1) характеристики – период нарастания магнитной индукции, второй(2) - период насыщения. У ферромагнетиков эта связь между В и Н существенно нелинейна.

В стали потери на перемагничивание пропорциональны площади, ограниченной кривой намагничивания. Материалы с большой площадью кривой намагничивания называются магнитотвердыми, с малой площадью кривой намагничивания магнитомягкими, например, электротехническая сталь. Материалы, имеющие прямоугольную петлю гистерезиса, используются в автоматике и вычислительной технике.

При анализе магнитной цепи может быть поставлена задача определения намагничивающей силы (F) при заданном магнитном потоке или индукции - это прямая задача. Обратная задача – определение магнитного поток Ф по намагничивающей силе.

В обеих задачах должны быть известны размеры участков магнитной цепи и кривая намагничивания материала.