ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

5.4.1. Назовите магнитомягкие и магнитотвердые ферромагнетики, на основе которых получают композиционные магнитные материалы — магнитодиэлектрики и магнитопласты. Почему применительно к магнитодиэлектрикам употребляют термин «эффективная магнитная проницаемость»? Какова технология изготовления изделий из этих материалов?

5.4.2. Какие физические параметры магнитного материала определяют размеры цилиндрических магнитных доменов?

5.4.3. Что понимают под константой магнитострикции? Какой физический смысл имеет знак константы магнитострикции? Чем отличается магнитострикция в монокристаллических и поликристаллических ферромагнетиках? Приведите примеры практического использования явления магнитострикции.

5.4.4. Какими технологическими приемами достигается текстурование электротехнических сталей? Назовите основное требование, которому должна удовлетворять конструкция магнитопровода, чтобы эффективно проявлялись свойства текстурированных сталей?

5.4.5. Чем объясняется высокая магнитная проницаемость пермаллоев?

5.4.6. Объясните природу коэрцитивное бариевых ферритов и ферромагнитных сплавов системы Fe—Ni—А1. Какими технологическими приемами удается получить из этих материалов постоянные магниты с анизотропными свойствами?

5.4.7. Укажите, как можно экспериментально определить напряженность магнитного поля в зазоре электромагнита? На каких физических эффектах основан принцип действия магнитных датчиков?

5.4.8. Определить коэрцитивную силу кольцевого ферромагнитного сердечника, если для его размагничивания через обмотку, содержащую 100 витков, требуется пропустить ток 63 мА. Средний диаметр кольца 20 мм.

5.4.9. Кольцевой магнитопровод имеет площадь поперечного сечения и среднюю длину магнитного контура . На сердечник намотана обмотка с числом витков . Определить магнитный поток через сердечник при токе в обмотке , если магнитная проницаемость материала сердечника равна 2000.

5.4.10. Определить индуктивность катушки с кольцевым магнитным сердечником размерами мм и обмоткой, состоящей из 200 витков. Сердечник изготовлен из высоконикелевого пермаллоя с относительной магнитной проницаемостью (при рабочей напряженности магнитного поля).

5.4.11. Катушка с ферритовым тороидальным сердечником диаметром 10 мм имеет индуктивность 0,12 Гн и содержит 1000 витков. Определить ток в катушке, при котором магнитная индукция в сердечнике равна 0,1 Тл.

5.4.12. Найти индуктивность соленоида, имеющего 200 витков, намотанных на диэлектрическое основание, длиной l=50 мм. Площадь поперечного сечения основания . Как изменится индуктивность катушки, если в нее введен цилиндрический ферритовый сердечник, имеющий магнитную проницаемость , определенную с учетом размагничивающего действия воздушного зазора?

Решение

Индуктивность соленоида, длина которого достаточно велика по сравнению с диаметром.

мкГн

При введении магнитного сердечника индуктивность катушки возрастает пропорционально магнитной проницаемости сердечника:

мГн.

5.4.13. Соленоид с числом витков имеет ферритовый сердечник длиной 30 мм с площадью поперечного сечения . Кривая намагничивания сердечника показана на рис. 71. Найти индуктивность соленоида, если по его обмотке проходит ток: а) 60 мА; б) 300 мА; в) определить значение тока, при котором индуктивность соленоида максимальна.

Рис. 71

5.4.14. Определить, сколько витков необходимо намотать на магнитный сердечник длиной 100 мм и диаметром 8 мм, чтобы получить индуктивность катушки . Магнитную проницаемость сердечника считать равной 500.

5.4.15. Тороидальный сердечник из пермаллоя с внутренним диаметром 30 мм и наружным диаметром 40 мм имеет обмотку из 200 витков. При пропускании через обмотку тока 0,5 А в сердечнике создается магнитное поле индукцией 1,5 Тл. Определить магнитную проницаемость сердечника.

5.4.16. Найти намагниченность Jм парамагнетика, находящегося внутри соленоида длиной с сечением S=2 см2 и числом витков n=300, когда по обмотке проходит ток I=1,5 А. Индуктивность соленоида L=7,55·10-5 Гн.

5.4.17. Определить магнитную индукцию ферромагнитного сердечника, помещенного внутрь соленоида длиной l=20 см с числом витков n=800, если по обмотке проходит ток 0,2 А, а эффективная магнитная проницаемость сердечника μ=200.

5.4.18. Кольцевой ферритовый сердечник со средним диаметром dcр=25 мм имеет воздушный зазор длиной 1 мм. При пропускании тока 0,17 А через обмотку сердечника, состоящую из 500 витков, в зазоре создается магнитная индукция B0=0,1 Тл. Определить магнитную проницаемость феррита.

Решение

В соответствии с законом полного тока

где , — напряженность магнитного поля в сердечнике и воздушном зазоре соответственно; — средняя длина контура — линии магнитной индукции в сердечнике; — длина зазора.

Так как линии магнитной индукции непрерывны, то магнитная индукция в сердечнике .

Учитывая, что , , получаем . Отсюда магнитная проницаемость

5.4.19*. Кольцевой магнитный сердечник со средним диаметром 40 мм изготовлен из магнитомягкого феррита, кривая намагничивания которого (сплошная линия 1) показана на рис. 72. В сердечнике имеется воздушный зазор l0=1 мм. Число витков обмотки сердечника п = 500. Найти напряженность магнитного поля в воздушном зазоре при токе в катушке I=0,3 А. Как изменится напряженность поля в зазоре, если при прочих неизменных условиях он будет увеличен вдвое?

Решение

Вследствие непрерывности магнитного потока индукция одинакова в сердечнике и зазоре: В=В0=μ0Н0. Отсюда с учетом закона полного тока (см. решение задачи 5.4.8) получаем

Полученная зависимость показана на рис. 72 в виде прямой линии 2. На пересечении ее с кривой намагничивания материала (1) магнитная индукция равна В1, а напряженность поля в сердечнике Н1. Напряженность магнитного поля в воздушном зазоре

С увеличением зазора магнитная индукция, а значит и напряженность поля в зазоре, уменьшаются. Аналогичный расчет для l0=2 мм дает Н0=0,75·105 А/м, т. е. напряженность поля в воздушном зазоре снижается в два раза.

Рис. 72

5.4.20*. На рис. 72 представлена кривая намагничивания 1 кольцевого сердечника со средним диаметром dcp = 40 мм, изготовленного из феррита марки 10000 НМ. Как изменится ход кривой намагничивания сердечника, если в нем создать зазор l0=0,01 мм?

Решение

Напряженность внешнего поля (совпадающая по направлению с напряженностью поля внутри замкнутого кольца) определяется выражением Н=Iп/lср, где lср=πdср — средняя длина силовой линии магнитного поля внутри кольца. В соответствии с законом полного тока

где H1, H0 — напряженности магнитного поля в сердечнике н зазоре соответственно; l1 — длина сердечника. Учитывая, что lcp=l1+l0, получаем

Таким образом, для разрезанного кольца при каждом выбранном значении индукции напряженность внешнего магнитного поля определяется выражением

В.

Результаты расчета представлены кривой 3 на рис. 72.

5.4.21*. Используя решение предыдущей задачи, определить, как изменится индуктивность катушки с кольцевым сердечником при напряженности магнитного поля H=10 А/м, если в сердечнике сделать зазор l0=0,01 мм. С какой целью вводят воздушный зазор в магнитную цепь сердечника катушки индуктивности?

Решение

При наличии зазора уменьшается магнитная индукция в сердечнике при заданной напряженности поля (см. решение задачи 5.4.20 и рис. 72), что приводит к снижению магнитной проницаемости сердечника. Индуктивность катушки , где ( — магнитная проницаемость сердечника. Отсюда следует, что , где и — индуктивность катушки с замкнутым и разомкнутым кольцевым сердечником соответственно. Из рис. 72 при имеем

Таким образом, , т. е. даже очень небольшой зазор в магнитной цепи сердечника существенно снижает индуктивность катушки. При увеличении воздушного зазора кривая зависимости магнитной индукции в сердечнике от напряженности магнитного поля становится более пологой, почти линейной (рис. 72), однако при этом уменьшается влияние на индуктивность катушки тока, протекающего по обмотке. Магнитная проницаемость сердечника и соответственно индуктивность катушки не зависят от тока в обмотке.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: