Применение ферромагнитных веществ в электротехнике

Ферромагнитные сердечники используются в трансформаторах, электродвигателях и других устройствах электротехники. Их задача – во много раз усилить магнитное поле обмотки с током.

Усиление магнитного поля катушки с помощью ферромагнитного сердечника объясняется тем, что под действием магнитного поля катушки с током все домены выстроятся в одну сторону. Их суммарное магнитное поле прибавится к полю катушки и усилит его во много раз.

Экранирование означает защиту объекта от чего либо с помощью экрана. Так, чтобы защититься от яркого солнца нужен экран в виде навеса, который не пропускает солнечные лучи. Иногда возникает необходимость защитить какой-либо объект от воздействия магнитного поля. С этой целью используются магнитно-мягкие ферромагнитные вещества.

Для защиты от магнитного поля используется экран из магнитно-мягкого материала, обладающего высокой магнитной проницаемостью. Возможны два варианта: защита объекта от внешнего магнитного поля и защита внешних объектов от воздействия источника магнитного поля. На рис. 30 показано оба способа применения экрана.

На рис. 30а в разрезе изображен экран, в который помещают объект, требующий защиты. Силовые линии магнитного поля замыкаются по экрану, т.к. там выше магнитная проницаемость. Внутрь экрана магнитные силовые линии внешнего магнитного поля не попадают.

 

Рис. 30. Принцип действия экрана, защищающего от магнитного поля

 

На рис 30б экран окружает источник магнитного поля, которое не должно выйти за пределы экрана. Силовые линии магнитного поля замыкаются по экрану и не выходят за его пределы.

Экранирование часто используется в устройствах радиотехники и в электроизмерительных приборах.

Схема опыта и кривая начального намагничивания ферромагнитных материалов.

Магнитная цепь. Назначение элементов цепи. Применение магнитных цепей в технике. Назначение ферромагнитного сердечника магнитной цепи. Закон Ома для магнитной цепи. Влияние немагнитного зазора на свойства цепи.

Магнитной цепью называется совокупность источника магнитного поля и магнитопровода (сердечника).

Источником магнитного поля может быть постоянный магнит, но чаще всего это обмотка (катушка), по которой проходит ток. Рассмотрим магнитную цепь на примере магнитной головки.

Рис. 31. Устройство магнитной головки

 

На рис. 31 Буквами обозначены: R - средний радиус сердечника (магнитопровода); S - площадь поперечного сечения сердечника.

Магнитная головкаиспользуется для записи сигнала на жесткий диск компьютера или на магнитную ленту.

Катушка с током создает магнитное поле. Магнитопровод (сердечник), как обычно выполненный из ферромагнитного материала, выполняет здесь две задачи: усиливает магнитное поле, созданное обмоткой и концентрирует его в зоне немагнитного зазора.

В материале сердечника имеется небольшой разрыв. Поскольку он не заполнен ферромагнитным веществом, то называется немагнитным зазором. Зазор заполнен неферромагнитным материалом, например, бронзой.

Силовые линии магнитного поля концентрируются в сердечнике, так как он обладает высокой магнитной проницаемостью. Только в районе немагнитного зазора силовые линии выходят за пределы сердечника.

В область немагнитного зазора магнитной цепи и помещают объект, на который нужно воздействовать магнитным полем. В данном случае – объектом воздействия является магнитная лента, которую нужно намагнитить.

Величину магнитного потока в магнитной цепи определяют по формуле закона Ома для магнитной цепи. Формула названа так за схожесть её структуры с законом Ома для электрической цепи:

, где

I - сила тока в обмотке, [A];

W - число витков обмотки;

R_m - магнитное сопротивление сердечника, по которому замыкается магнитный поток, созданный катушкой с током.

Анализируя формулу видим, что величина магнитного потока в магнитопроводе магнитной цепи зависит как от параметров обмотки, так и от конструкции сердечника магнитной цепи:

 - произведение I•W называется намагничивающей силой катушки; она характеризует способность катушки создавать магнитное поле и измеряется в Ампер-витках [А•вит];

 - магнитное сопротивление магнитной цепи R_м характеризует влияние конструкции магнитопровода; измеряется в 1/Генри [1/Гн].

    Магнитное сопротивление сердечника определяется по формуле:

, где:

l - длина средней силовой линии, [м];

S - площадь поперечного сечения магнитопровода, [м²];

μ - магнитная проницаемость магнитопровода.

    Из закона Ома для полной цепи видно, что для увеличения магнитного потока можно использовать несколько способов:

 - увеличить ток в обмотке;

 - увеличить число витков в обмотке;

 - уменьшить магнитное сопротивление.

Если требуется уменьшить _, то можно увеличивать толщину сердечника (площадь поперечного сечения S), уменьшать его длину (l) и/или использовать материал сердечника с более высокой магнитной проницаемостью.