Учебник - Электричество - Калашников С.Г. (1238776), страница 58
Текст из файла (страница 58)
При включении внешнего поли энергии отдельных доменов делаются неодинаковыми: энергия меньше для тех доменов, в 6 которых вектор намагниченности образует с направлением поля острый угон, и больше в том случае, если этот угол тупой. Поэтому возникает процесс смещсния границ доменов, при котором объем доменов с меньшей энергией возрастает; а с большей энергией уменьшается (рис.
193 б). Этот процесс можно рассматривать как фазовое превращение, а домены с различным направи м гпич юн .т о д лением а а е~ ос и как разные фазы ферромагРис. 193 Различные тины процессов намагничивания ферромагиетика (схс- В случае очень слабых матически), а — а — смещение границ, полей эти смещения границ г — намагничивание вращения, д — на- обратимы и точно следуют матничивание насыщения за изменением поля.
Началь- ная восприимчивость ферромагнетиков и область! кривой намагничивания (рис. 193 е) обусловлены процессами обратимого смещения границ При увеличении поля смещения границ доменов делаются необратимыми. При достаточной величине намагничиваю- щего поля энергетически невыгодные домены исчезают вовсе (рнс. 193 в). Этому соответствует область й кривой намагничивания (рис. 193 е). Ксли поле увеличивается еще больше, то возникает новый тип процесса намагничивания, при котором изменяется направление магнитного момента внутри домена (намагничиванис вращения, рис.
193 е; этому соответствует область 3 на рис. 193 е). Наконец, в очень сильном поле магнитные моменты всех доменов устанавливаются параллельно полю. В этом состоянии ферромагнетнк имеет наибольший, возможный при данной температуре магнитный момент, т.е, намагпичен до насыщения (рве. 193 д). 271 мАГнитные цепи 1 1ге Указанные процессы намагничивания (за исключением смещения границ в слабых полях) происходят с некоторой задержкой, т.е. смещение границ н поворот вектора намагниченности отстают от изменения поля, что приводит к появлению гистерезиса.
Гистерезис может возникнуть и по другой причине. Мы говорили выше, что при наличии поля вследствие смещения гра; ниц доменов происходит увеличение объема той магнитной фазы (тех доменов), которая обладает меньшей энергией. Однако может оказаться, что данная фаза цри данном состоянии ферромагнетика или данном направлении поля не существует, и поэтому должны возникнуть и вырасти малые области этой фазы или зародыши перемагничивапия. Такие зародыши возникают не точно при том значении поля, при котором существование этой фазы делается энергетически выгодным, а происходит задержка роста зародышей псремагничивания, которая также приводит к появлению гистерезиса.
Это явление подобно пересыщению пара и переохлаждению жидкости, т.е. существованию неустойчивых фаз вследствие задержки роста. зародышей устойчивой фазы. Если ферромагнегик имеет мелкокристаллическую структуру, так что отдельные его кристаллики состоят всего из одного домена, то возможно получение особенно большой коэрцитивной силы.
ГЛАВА Х11 ТЕХНИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОТОКА. ГЕНЕРАТОРЫ И ДВИГАТЕЛИ 5 120. Магнитные цепи Магнитные потоки широко используют в современной электротехнике. Действие электромагнитов, мощных генераторов электрического тока, электродвигателей, трансформаторов и многих измерительных приборов основано на существовании в них магнитного потока. Для усиления магнитного потока почти всегда применяют ферромагнитные материалы. Изготовляя из этих материалов тела различной формы и размеров, оказывается возможным создавать магнитные потоки нужной величины и направлять их в желаемом направлении.
Совокупность тел, внутри которых проходят замкнутые линии магнитной индукции, называют магнптиой цепью. 272 техническОН испОльзОВАние мАГнитнОГО пОтОкА Гл. хи Общие законы магнитного поля, рассмотренные в главах У1П и Х1, позволяют вычислить магнитный поток в любой заданной магнитной цепи. Однако практически удобнее не пользоваться непосредственно этими законами, а сначала вывести из них некоторые общие следствия, или законы магнитной цепи, и затем применять эти более частные законы к решению практических задач, Рассмотрим сначала простую, или неразветвленную магнитную цепь (рис. 194). Будем считать, что она составлена из двух частей: ярма с сечением Я из материала с магнитной проница- Рис г94.
Неразветвлениая магнитная цепь и соответствующая ей злектрическая цепь емостью д и зазора (например, воздушного), имеющего то же сечение н магнитную проницаемость ри Выделим далее среднюю линию индукции и применим к ней теорему о магнитном напряжении Я 81): Н1+Н,1, = №, где Н вЂ” - напряженность поля внутри ярма, Н1 - - напряженность поля внутри зазора, 1 — длина ярма, измеренная вдоль средней линии индукции, 11 — длина зазора, Н вЂ” число витков обмотки, а 1 — сила тока в ней. Так как линии индукции непрерывны, то значения магнитного потока Ф внутри ярма и внутри зазора одинаковы.
Далее, пользуясь соотношениями Ф = ЙЯ, В = 1ЧАеН, напряженность поля можно выразить через поток: Н= —, Н= Ф Ф Иноь Юроо Подставляя эти выражения в первую формулу, находим из нее 273 млгнит ныи цнии 1 1зо поток Ф № 1/(ллой) + й/(то ~) Полученная формула подобна закону Ома для замкнутой электрической цепи, изображенной на рис. 194. При этом величина бг =№ (120.
1) играет роль электродвижущей силы, и поэтому по аналогии она получила название магпитодвижущей силы. Единица магнитодвижущей силы в системе СИ есть ампер. Сумма (120.2) входит в формулу так же, как и полное сопротивление электрической цепи в закон Ома, и поэтому ее называют полным могутным сопротивлением цепи. Величины = 1/и В, = 11/п1по~ (120,3) дагот магнитные сопротивления участков цепи. Магнитное сопротивление зависит от длины магнитопровода 1 и его сечения 5', так же как и электрическое сопротивление, но роль удельной электрической проводимости Л играет магнитная проницаемость рро. Пользуясь этими понятиями, мы можем представить полученные результаты следующим образом: Ф=о /Я (120.4) Иными словами, в неразветвленной магнитной цепи магнитный поток равен частному от деления магнитодвижущей силы на полное магнитное сопротивление.
Из формулы (120.4) видно, что магнитное сопротивление в системе единиц СИ измеряется в амперах на вебер (А/Вб). Сравнивая (120.2) и (120.3), мы также видим, что полное сопротивление нашей цепи равно сумме сопротивлений ее частей: До, = г,„+ г Этот результат, очевидно, справедлив и в том случае, если цепь составлена нз какого угодно числа, частей, если только магнитный поток проходит целиком последовательно через этя части: при последовательном соединении магнитопроводов их магнитные сопротивления складываются. Иа рис. 195 изображена схема опыта, показывающего влияние магнитного сопротивления.
П-образный желчный сердечник намагничивается обмоткой /, включенной последовательно с амперметром А и реостатом в цепь переменного тока. В обмотке й наводится ЭДС индукции, и показания вольтметра Г пропорциональны магнитному потоку в сердечнике.
Если, 274 техиическОе испОльзОЕАние млгнитнОгО потокА Гл. хп сохраняя неизменной силу тока в обмотке 1, замкнуть сердечник железной пластиной, то магнитное сопротивление цепи уменьшается и показание вольтметра увеличивается. Следует отметить, что введенные термины и понятия имеют лишь формальный характер. В магнитном потоке не движутся никакие частицы, и поэтому нет основания говорить ни о «магнитодвижущей силе», ни о «магнитном сопротивлениив. Как разъяснялось в гл.
Х1, физический смысл описанного опыта и ему подобных заключается в том, что, вводя в магнитную цепь намагничивающиеся тела, мы вводим в действие молекулярные токи магнетиков, которые и создают добавочные магнитные потоки. Однако указанное выше формальное описание удобно для решения практических задач и поэтому применяется в электротехнике. й 121. Электромагниты Пример неразветвленной магнитной цепи мы имеем в простом электромагните (рис. 19б). Подъемная сила электромагнита 1или максимальная масса, удерживаемая электромагнитом) приближенно выражается формулой Г 1 Взя 2ро ~121.
Ц Рис. 195. При замыкании жепсвного сердечника его магнитное сопротивление уменьшается и магнитньга поток внутри него становится больше 275 1 121 элактромагниты Здесь  — индукция внутри сердечника, Я вЂ” площадь соприкосновения сердечника, и якоря. Если в формуле (121.1) В выражено в Тл, а Я вЂ” в м, то,иб = 2 = 4я. 10 7 Гн,1м и сила Р получится выраженной в ньютонах. Формулу (121.Ц можно получить следующим образом. Предположим, что между якорем и сердечником имеется малый зазор х (рис.
196) н якорь удаляется от сердечника на отрезок бх. Поток через намагничивающую обмотку гюмениется при этом на некоторую величину бФ и в цепи возникает дополнительный ток 1 бФ бг = — — —. г ас Здесь г обозначает полное сопротивление цепи, включан и сопротивле- рис ние источника тока, Далее, мы будем счгггать, что якорь двиясется бесконечно медленно, так что б1 есть бесконечно малая величина. Согласно закону сохранения энергии Я 100) при таком перемещении изменение рабогпи исто'тика тока = = измскскис иоличссгпоа тсплогпы Дхсоулл — Ленца + + механическая рабогпа + изменение энергии магнитного поля. Изменение работы источника тока: о йФ К(1+ 61) бг — Йз й = — — ' — Ж = — 1с)Ф. г г)1 Изменение количества теплоты: г(1+ б1) Ж вЂ” гг Ж = 2ггбгй = — 2гг — — й = — 21 йФ. .г .г ...1АФ г <И Изменение энергии поля есть разность энергий в конце и в начале перемещения: где бб — увеличение иноуктивности электромагнита при уволичении зазора на бх.
Но Ф = 51, и поэтому бИ" = — гЫФ. 1 2 Наконец, механическая работа бА = Е'бх. Поэтому 1. 1 дФ вЂ” гбФ = — 21бФ+Рбх+ — 1г1Ф, или г'= — г —. 2 2 В этих Формулах Ф есть поток, пронизываюгций обмотку. Если Ф - поток в сердечнике, а обмотка имеет г'э' витков, то Ф = )э'Ф. 276 техническгхе испОЛЪЗОВАние мАГнитнОГО пОтОкА Гл хн Но, согласно 1 120, поток в сердечнике можно выразить следующим образом (и! = 1, 1! = 2х): № № ф= = рдаЯ вЂ”, 1/(1!ИаБ) + 2хДдаЯ) 1+ 2дх' где 1 — длина линии индукции в сердечнике и в якоре, а Я вЂ” сечение сердечника. Поэтому ~Ы 11ф 2дад ЯЛ 1 Их Нх (1+ 2дх)а Подставляя это выражение в формулу для подъемной силы, имеем 1 рдагт! 1з г'= — ! — = —— 2 !1х ра 11+ 2рх 7 Знак минус показывает, что сила, действующая на якорь, стремится уменьшить зазор х.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
