 |
Магнитный момент и индукция магнитного поля.
|
|
|
|
Магнитные материалы электрических машин
Скоростного транспорта
Учебное пособие к лекционному курсу
«Электрические машины и электропривод»
Москва - 2009
УДК 629.423-933.6.004.67:629.472
Г 74
Глущенко М.Д. Магнитные материалы электрических машин скоростного транспорта: Учебное пособие.-М.:МИИТ,2009.
Рассмотрены основные вопросы теории магнитных материалов, представлена их классификация и особенности применения в конструкциях электрических машин и системах магнитного подвеса скоростного электрического транспорта. Представлены способы учёта параметров магнитных материалов при расчётах магнитного поля электрических машин с применением вычислительной техники.
Учебное пособие предназначено для студентов специальностей «Электрический транспорт», а также для студентов изучающих курс «Электрические машины». Может быть полезным аспирантам, конструкторам и инженерам, занятым разработкой, проектированием и эксплуатацией скоростного электроподвижного состава с вращающимися и линейными электрическими машинами.
Рецензенты:
В.Е. Ютт, д-р. технических наук, зав кафедрой «Электротехника и энергоснабжение» Московского автомобильно-дорожного института (МАДИ).
М.П. Бадёр, д-р. технических наук, зав кафедрой «Энергоснабжение ж.д» МИИТа.
Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ), 2009
Св.план 2009г. поз 000
Глущенко М.Д. Магнитные материалы электрических машин скоростного транспорта. Учебное пособие.
Подписано к печати Формат
Усл.печ.листов Тираж
Заказ Цена
127499, Москва, ул.Образцова, 15.Типография МИИТ
Введение
В природе существует 4 вида взаимодействий сильное, слабое, гравитационное и электромагнитное. Применительно к электромеханическим устройствам, каковым и являются электрические машины, основным является электромагнитное взаимодействие и в частности явления, происходящие в магнитном поле.
|
|
|
Магнитное поле это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения. Источниками магнитного поля являются намагниченные тела, проводники с током и движущиеся электрически заряженные тела. Природа этих источников едина: магнитное поле возникает в результате движения заряженных микрочастиц, а также благодаря наличию у микрочастиц собственного магнитного момента.
В электрических машинах магнитное поле образуется или с помощью постоянных магнитов или с помощью электромагнитов, имеющих целенаправленную конфигурацию: полюса, обмотки возбуждения, якоря и др. При этом качественная и количественная характеристика магнитного поля существенно зависит от среды. Как правило, это ферромагнетики и воздушные промежутки.
Одним из способов представления магнитного поля являются магнитные силовые линии или линий магнитной индукции. В каждой точке такой линии вектор магнитной индукции расположен вдоль касательной. В местах повышенных значений индукции силовые линии сгущаются, а в тех местах, где поле слабее магнитные линии расходятся. Расчет картины магнитного поля в электрических машинах дает возможность определять электродвижущие и механические силы, тем самым найти требуемый вариант конструкции. Однако проведение таких расчётов требует представления о физических процессах, происходящих в магнитных материалах.
Цель данного учебного пособия - изучение основных физических явлений в магнитных материалах и сверхпроводниках, а также способов учёта их свойств, что может быть полезным при изучении, проектировании, изготовлении и эксплуатации как ротационных, так и линейных электрических машин, а также систем магнитного подвеса высокоскоростного транспорта.
|
|
|
МАГНИТНЫЕ явления
Магнитный момент и индукция магнитного поля.
Особенность магнитного поля заключается в том, что оно неоднозначно, в том смысле, что в природе не существует магнитных зарядов, как это имеет место у электрического поля. Процессы взаимодействия тел и токов в магнитном поле обусловлены существованием магнитных диполей, которые могут быть представлены в виде магнитной стрелки, например, компаса, или в виде магнитного контура - замкнутого проводника, по которому циркулирует ток. Можно принять, что магнитный диполь и магнитный контур адекватны. В простейшем случае магнитный контур можно представить в виде плоского прямоугольника или кольца (рис 1.1). Взаимодействие магнитного поля и магнитного контура является одной из основных и характерных проявлений магнитного поля и, как будет показано далее, имеет прямое отношение к магнитным материалам.
Рис 1.1 Магнитный диполь и магнитные контуры.
Если рассматривать плоский контур малых размеров, то его ориентацию в пространстве можно характеризовать нормалью n к его плоскости и направлением, выбранным по правилу правого винта (рис 1.1). В магнитном поле контур ориентируется так, что вектор нормали располагается вдоль направления магнитного поля. Это указывает на то, что, на контур действует механические силы, создающие вращающий момент - М. Величина этого момента зависит от величины тока и ориентации контура в магнитном поле. Если нормаль диполя n совпадает с направлением магнитного поля, то момент М =0. В то же время максимальное значение момента Мmax имеет место при условии, что направление нормали и направление магнитного поля перпендикулярны. Величина момента Мmax не зависит от формы контура, но пропорциональна силе тока I и площади контура S. Тогда «поведение» контура с током в магнитном поле можно характеризовать во-первых значением Мmax, а во вторых произведением
P =I×S. (1.1)
Эта величина называется магнитным моментом контура.
Контуры тока, обладающие различным магнитным моментом P испытывают со стороны магнитного поля различные механические моменты М. Однако отношение Мmax/ P одно и тоже при условии что рассматривается одна и та же точка поля. Размещая контур с током в различных точках неоднородного магнитного поля можно убедиться, что отношение Мmax/ P различается. Поэтому такое соотношение характеризует силовое действие магнитного поля на контур с током. Размерность этого отношения
|
|
|
, (1.2)
где F - размерность механической силы (Н), I -размерность тока (А), L - размерность длины (м). В обобщённом виде эта соотношение именуется - «Тесла» (Тл), а физическая величина, пропорциональная этому отношению называется индукцией магнитного поля - В. Магнитная индукция векторная величина, которая характеризует направление и интенсивность магнитного поля только в одной точке. В целом действие магнитного поля на вещество можно охарактеризовать магнитным потоком - Ф. Так, если вектор В всюду нормален к поверхности S и имеет постоянное значение во всех её точках, равное В, то магнитный поток равен просто
Ф=ВS. (1.3)
Размерность магнитного потока:
, (1.4)
- где U – размерность электрического потенциала (В); Q – размерность электрического заряда (К); T -размерность времени (с.).
|
|
|
