Глава шестая
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА
А. МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ С ПОСТОЯННОЙ МАГНИТОДВИЖУЩЕЙ СИЛОЙ
6.6. НЕРАЗВЕТВЛЕННЫЕ МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ
Как было сказано ранее, в некоторых электромагнитных устройствах для возбуждения магнитного поля используются постоянные магниты. Примером этому могут служить генераторы и двигатели постоянного тока небольшой мощности, некоторые измерительные приборы, реле, устройства автоматики и др.
Предположим, что кольцевой магнит (рис. 6.12, а) выполнен из магнитно-твердого материала, имеет одинаковую площадь поперечного сечения по всей длине и предназначен для создания магнитного поля в воздушном зазоре. Часть предельной петли гистерезиса ферромагнитного материала В(Н), называемая кривой размагничивания, приведена на рис. 6.12, б. Именно эта часть петли гистерезиса и используется для расчета магнитной цепи.
Поскольку намагничивающей обмотки нет (Iw = 0), очевидно, при отсутствии воздушного зазора (lδ = 0) согласно закону полного тока Нl = 0 и В = Вr .
При введении в магнитную цепь воздушного зазора 0 = Нl + Нδlδ = Uм + Uмδ , откуда
Uм = - Uмδ и H = - Нδlδ /l.
 |
| Рис. 6.12. К анализу соотношений в неразветвленной магнитной цепи с постоянным магнитом |
 |
| Рис. 6.13. К пояснению методики расчета неразветвленной магнитной цепи с постоянным магнитом |
Так как магнитное поле в воздушном зазоре создается постоянным магнитом, вектор напряженности Нδ должен совпадать в воздушном зазоре с вектором магнитной индукции В, а поэтому следует считать
Uмδ = Нδlδ > 0. Тогда согласно (6.14) в ферромагнитном кольце получим Uм = Hl < 0, и, следовательно, введение воздушного зазора приводит к размагничиванию ферромагнитного материала кольца. Введение воздушного зазора действует подобно созданию H < 0 с помощью МДС обмотки, которая могла бы быть расположена на кольце.
Для расчета магнитной цепи необходимо прежде всего:
- рассчитать и построить вб. а. х. Ф(Uм) = Ф(Нl) ферромагнитного кольца;
- рассчитать и построить вб. а. х. Ф(Uмδ) = Ф(Нδlδ) воздушного зазора.
Так как В = Ф/S, a H = Uм n /l, то график Ф(Uм) на рис. 6.13 будет аналогичен графику В (Н) на рис. 6.12, б.
В воздушном зазоре Uмδ = Нδlδ = ФRмδ и, очевидно, график Ф(Uмδ) представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат (рис. 6.13). Для определения магнитных потока Ф и напряжения Uм целесообразно построить график | Ф | = f( - Uмδ), являющийся зеркальным отображением графика Ф(Uмδ) относительности оси ординат (см. рис. 6.13).
Точка пересечения А графиков Ф(Uм) и | Ф | = f( - Uмδ) определит значения Ф и Uм . Далее нетрудно найти магнитную индукцию В = Ф/S, магнитное напряжение Uмδ = - Uм > 0, по кривой намагничивания (рис. 6.12, б) напряженность магнитного поля Н и напряженность магнитного поля воздушного зазора Нδ = В/μ0 = Uмδ /lδ .
На основании изложенного выше можно сделать следующие выводы о влиянии параметров постоянного магнита на значения магнитного потока Ф и магнитного напряжения Uм .
Выбор ферромагнитного материала для изготовления постоянного магнита с большим значением Нс (при Вr = const) или с большим значением Вr (при Нс = const), а также увеличение длины l или площади поперечного сечения S мaгнита дают возможность получить большие значения Ф и Uм.
Для уменьшения габаритных размеров постоянного магнита стремятся производить разработку электромагнитного устройства таким образом, чтобы получить в воздушном зазоре наибольшее значение энергии магнитного поля, что имеет место при наибольшем произведении ВН и соответствует определенной точке А на кривой размагничивания.
В заключение следует сказать, что, исходя из технико-экономических соображений, в электромагнитных устройствах с постоянными магнитами последние составляют обычно лишь часть магнитопровода. Остальная ее часть выполняется из магнитно-мягкого материала и содержит обычно воздушные зазоры. Для расчета такой магнитной цепи должна быть построена эквивалентная вб. а, х. Ф(Uм.эк), а затем график |Ф| = f( - Uм.эк) с учетом всех участков магнитной цепи.