Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.

Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.

Постоянный магнит — изделие из материала, сохраняющего состояние намагниченности в течение длительного времени.

Постоянные магниты являются источниками постоянного магнитного поля.

Полюсами магнита называют его противоположные концы, на которых магнитная сила притяжения или отталкивания наибольшая. По аналогии с географическими, магнитные полюса назвали северный магнитный полюс \(N\) и южный магнитный полюс \(S\).

Обозначения северного магнитного полюса происходит от английского слова North — Север, южного — South, что значит Юг. На рис.\(1\) северный полюс магнита обозначен красным цветов, а южный — синим. Раскрашивать магниты и стрелки могут и в другие цвета.

Рис. \(1\)

Более \(2500\) лет назад в окрестностях города Магнессия минерал, который притягивали железные предметы, назвали магнетитом.

Как взаимодействуют магниты?

Если магнитную стрелку приблизить к другой такой же стрелке, то они повернутся и установятся друг против друга противоположными полюсами (рис.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. \(2\)).

Рис. \(2\)

Точно так же магнитная стрелка будет взаимодействовать и с магнитом.

Если поднести к магнитной стрелке магнит северным полюсом, то к нему притянется южный полюс магнитной стрелки. А если поднести к магнитной стрелке магнит южным полюсом, то притянется северный полюс магнитной стрелки (рис. \(3\)).

Рис. \(3\)

Таким образом можно доказать, что одноимённые магнитные полюсы отталкиваются, а разноимённые магнитные полюсы притягиваются.

Это правило распространяется и на электромагниты.

Почему же взаимодействуют магниты?

Вокруг магнита существует  магнитное поле. Поля двух магнитов взаимодействуют между собой, и это взаимодействие проявляется как притяжение или отталкивание магнитов.

Для визуализации магнитного поля постоянного магнита используют железные опилки.

На лист прозрачного пластика насыплем железные опилки и разровняем их, встряхнув лист. Затем поместим под листом дугообразный магнит.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Железные опилки придут в движение и расположатся вдоль линий магнитного поля магнита (рис. \(4\)).

Рис. \(4\)

Как магнитные линии магнитного поля тока, так и магнитные линии магнитного поля магнита — замкнутые линии.

Вне магнита магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный, замыкаясь внутри магнита, так же как магнитные линии катушки с током.

Картина линий магнитного поля полосового магнита, полученная при помощи железных опилок, представлена на рисунке \(1\).

На рисунке \(5\) показаны магнитные линии магнитного поля двух магнитов, обращённых друг к другу одноимёнными полюсами, а на рисунке \(6\) — двух магнитов, обращённых друг к другу разноимёнными полюсами.

Рис. \(5\)

Рис. \(6\)

Магнитное поле постоянного магнита, какую форму оно имеет?

Очень частым явлением является несоответствие действительности существующему пониманию каких-либо вещей.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Так и в случае магнитного поля, окружающего постоянный магнит.

Большое количество вопросов возникает по поводу того, какой формы и конфигурации магнитное поле. Дело в том, что многие именитые учёные, том числе Ампер и Фейнман утверждали, что этот момент не до конца изучен. Поэтому магнитное поле постоянного магнита продолжают изучать.

Магнитные силовые линии и магнитное поле – одно и то же?

Если разбираться, остаётся вопрос: что можно увидеть при визуализации с помощью магнитной пыли? Какая информация предстаёт перед нами – непосредственно магнитное поле или же лишь силовые линии магнита?

Существует ещё одна деталь – утверждение о том, что магнитные силовые линии выглядят в виде дуги, которая тянется от полюса к полюсу противоположному. Таким образом, получается непрерывное овальное или круглое образование МСЛ. Однако если более детально рассмотреть эту ситуацию на опыте, то видно, что железная крошка от магнита образует лучи, которые не соединяются с другим полюсом.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Т.е. лучи стремятся от магнита.

Здесь важен ещё один момент – это материал, который используется для опыта, бумага. Дело в том, что бумага – это не нейтральный магнитный материал, поэтому не идеально подходит для подобных экспериментов с постоянными магнитами. Вспомните, если порвать бумагу на части, она легко притягивается к наэлектризованной расчёске. Т.е. бумага обладает магнетизмом, которое образовалось в момент изготовления под воздействием плоскостной структуризации.

«Нейтральная зона» магнита

В данном случае «нейтральная зона» тоже не до конца изученный момент. Почему магнитное поле здесь не исчезает полностью, а лишь становится слабее? Логического объяснения нет, этот процесс проходит как-то самостоятельно. Зато именно около «нейтральной зоны» можно заметить изменение силовых линий, которые изгибаются, становясь дугообразными.

Огромное количество вопросов по поводу магнитного поля не даёт покоя, хотя, казалось бы, магнит изучен уже вдоль и поперёк.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. И чем глубже учёные и любители вдаются в подробности особенностей свойств магнита, тем больше вопросов появляется….

Постоянные магниты.Все о магнитах :: Класс!ная физика

ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТЫ

Постоянные  магниты  – это  тела,  длительное  время  сохраняющие  намагниченность.
Основное свойство магнтов: притягивать тела  из  железа  или  его  сплавов (напр. стали).

Постоянный  магнит  всегда  имеет  2  магнитных полюса:  северный  (   N  )  и  южный  (  S  ).
Наиболее  сильно магнитное поле постоянного магнита у его полюсов.

Постоянные магниты изготавливают обычно из з  железа,  стали,  чугуна  и  других  сплавов  железа (сильные магниты),
а   также  из  никеля,  кобальта  ( слабые  магниты ).
М

агниты  бывают  естественные  (  природные)  из  железной  руды магнитного железняка  
и  искусственные,  полученные  намагничиванием  железа при  внесении  его в  магнитное  поле.

          Взаимодействие магнитов :

одноименные  полюса  отталкиваются,
а  разноименные  полюса  притягиваются.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.
Взаимодействие  магнитов  объясняется   тем,  что  любой  магнит  имеет  магнитное  поле,
и  эти  магнитные  поля  взаимодействуют  между  собой.

Магнитное поле постоянных магнитов.

В чем причины намагничивания железа?
Согласно   гипотезе  французского ученого  Ампера  внутри  вещества  существуют  элементарные электрические  токи  (  токи  Ампера ),  которые  образуются  вследствие  движения  электронов  вокруг  ядер  атомов  и  вокруг  собственной  оси.  При  движении  электронов  возникает  элементарные магнитные  поля. При внесении куска железа во внешнее магнитное поле все элементарные магнитные поля в этом железе ориентируются одинаково во внешнем магнитном поле, образуя собственное магнитное поле. Так кусок железа становится магнитом.

Как выглядит магнитное поле постоянных магнитов?
П

редставление  о  виде  магнитного  поля    можно  получить  с  помощью  железных  опилок. Стоит лишь положить на магнит лист бумаги и посыпать его сверху железными опилками.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.

Для постоянного полосового магнита :

Для постоянного дугообразного магнита.

ОТВЕТЬ !

 Если к  вертушке, сделанной из железных спиц, поднести  магнит,
а  рядом под вертушкой поставить  горелку, то что будет происходить?

Устали? — Отдыхаем!

Сила и слабость постоянных магнитов — Энергетика и промышленность России — № 7 (59) июль 2005 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 7 (59) июль 2005 года

Поскольку электрический ток (его свойства) – следствие движения электрических зарядов, а последние перемещаются относительно других неподвижных зарядов, возникают различные электрические взаимодействия. Что же следует понимать под «чистым» электрическим током?

Чистым или нейтральным током можно, по всей видимости, назвать ситуацию, когда имеются условно удаленные от других заряды, состоящие из равного количества отрицательно и положительно заряженных частиц, одни из которых двигаются относительно других в преобладающем направлении.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Именно взаимное движение зарядов противоположного знака друг относительно друга – и есть нейтральный ток. Другие варианты движения зарядов, допустим, с преобладанием зарядов одного знака, будут в своем роде производными от нейтрального тока и соответственно иметь некоторые особенности электрических взаимодействий.

Во многих ситуациях мы имеем дело далеко не с нейтральными токами, поскольку существуют как неравномерное распределение зарядов по длине проводников с током, так и скачки напряженности электрического поля на некоторых границах проводников (наличие вызывающего ток ЭДС и т. п.). Поэтому для изучения свойств нейтрального тока следует пользоваться либо кольцевым сверхпроводником с током, либо постоянными магнитами, которые в данном случае условно можно рассматривать как систему с кольцевым нейтральным током.

Кольцевые токи магнитов

Рассматривая постоянные магниты, как кольцевые нейтральные токи, можно сделать некоторые общие замечания. Электрический кольцевой ток поддерживается без внешней подпитки достаточно длительное время.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Процесс протекания нейтрального тока не сопровождается тепловыделением или электромагнитными излучениями (просто поддерживается тепловой баланс с окружающей средой и телом постоянного магнита).

Несмотря на то что «магнитные» нейтральные кольцевые токи, будем считать, постоянны по величине, при взаимодействии магнитов между собой возникают ситуации, когда возможны как некоторые переходные процессы, так и взаимное влияние токов друг на друга. Другими словами, возникает явление электрической взаимной индукции.

Взаимная индукция двух контуров с током при наличии магнитной связи достаточно подробно описана в литературе. Известно, что энергия двух контуров с током, обладающих магнитной связью, отличается от суммы собственных энергий токов на величину взаимной энергии двух токов. Распространяя это правило на взаимодействие постоянных магнитов, можно сказать, что энергия системы магнитов отличается от суммарной энергии каждого магнита. Это понятно, поскольку при сближении или удалении магнитов происходит механическая работа.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.

Но так ли постоянны по величине эквивалентные круговые токи постоянных магнитов? Действительно, они представляют, упрощенно, сумму огромного числа элементарных молекулярных токов. Но в отличие от прочих материальных тел постоянный магнит имеет внешнее и внутреннее магнитное поле, которое «связывает» все элементарные токи, и каждый круговой ток реагирует на колебания остальных, как и они в свою очередь на его колебания. Другими словами, в постоянном магните все элементарные токи представляют как бы единый «организм», что и делает его собственно постоянным магнитом. Если разрушить данный «организм» и каждый элементарный ток начнет независимое «существование», магнитные свойства у данного объекта пропадают.

Вращение – залог эффективности

В группе из трех магнитов средний магнит «модулирует» суммарное магнитное поле всех трех магнитов. Причем максимум плотности смещается в одну сторону, а с противоположной стороны магнитное поле практически отсутствует. При изменении магнитной силы среднего магнита происходит плавное изменение суммарного поля, причем плотность магнитного потока как бы перемещается на другую сторону.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.

Что в конечном итоге это дает? Поскольку средний магнит можно просто вращать, будет происходить и перемещение максимума плотности суммарного магнитного потока по кругу, равное частоте вращения среднего магнита. Другими словами, один средний магнит может управлять суммарным полем, которое складывается из силы трех магнитов. Причем при вращении среднего магнита не происходит изменения суммарной энергии магнитного поля, т. е. вращение среднего магнита происходит без затрат энергии.

Вращающийся или меняющий свое направление максимум магнитного потока можно использовать в различных устройствах – начиная от простейших вариантов насосов и заканчивая двигателями или генераторами. Все устройства будут отличаться высокой эффективностью и низким энергопотреблением.

Конечно, вращение среднего постоянного магнита – не единственный вариант практического использования группы из трех постоянных магнитов в генераторах или двигателях. Данный средний магнит можно заменить на электромагнит, через обмотку которого пропускают переменный ток различной формы (в зависимости от назначения или конструкции).Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.

Наибольший интерес представляет использование этого эффекта в двух видах двигателей: с линейным возвратно-поступательным движением и вращательных. Момент вращения таких двигателей может достигать значительных величин при относительно небольших рабочих оборотах.

Где можно использовать постоянные магниты?

Одной из особенностей двигателей с активным использованием постоянных магнитов является возможность использования электрического резонанса. Поскольку управляющий электромагнит периодически меняет полярность, т. е. питается переменным током, от частоты которого зависят обороты (в случае вращательного двигателя) в соотношении 1 / К, где К – число полюсов, электромагниты можно включить в состав колебательного контура с емкостью. Соединение электромагнитов может быть последовательное, параллельное или комбинированное, а емкость подбирается по резонансу на рабочей частоте двигателя, при этом среднее значение тока, проходящего через электромагниты, будет большим, а внешняя подпитка по току будет компенсировать в основном активные потери.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.

Данный режим работы будет наиболее привлекательным с точки зрения экономичности, а двигатель, в котором он используется, будет называться магнитно-резонансный шаговый. Обороты двигателя в этом случае практически не зависят от нагрузки и определяются частотой электрического резонанса, разделенного на число полюсов, несмотря на увеличение потребляемого тока при увеличении нагрузки. С целью повышения рабочих оборотов возможно применение многофазных схем питания электромагнитов двигателей. Среднее ожидаемое снижение потребляемой электрической энергии данными магнитно-резонансными шаговыми двигателями может достигать 60‑75 % по сравнению с обычными электрическими двигателями. Подобные двигатели отличаются большим моментом вращения, достаточно жесткой нагрузочной характеристикой, стабильной частотой вращения, высокой надежностью (якорь не имеет токонесущих элементов), отсутствием подвижных контактов и искрения и т. п., поэтому область их применения будет иметь свои особенности.

Несмотря на это, они могут превосходить по некоторым параметрам как трехфазные асинхронные и синхронные машины, так и коллекторные двигатели постоянного тока.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Одно из основных преимуществ – низкое энергопотребление.

Генератор с повышенным КПД

Применение постоянных магнитов эффективно, например, в конструкции электрического генератора с неподвижным ротором. Достоинство подобных генераторов – отсутствие подвижных частей, высокая надежность, экономичность, простота конструкции. Применение магнитных материалов с особыми свойствами позволит получить еще большую экономичность. Среднее сокращение энергозатрат при производстве электроэнергии на генераторах такого типа может достигать 50% и более.

В основе их конструкции лежит принцип модуляции суммарного магнитного поля трех постоянных магнитов средним магнитом, в качестве которого выступает электромагнит. Применение постоянных магнитов позволяет достичь снижения энергетических затрат при генерации электрической энергии.

Магнитная система данного генератора представляет в общем виде «крест в кольце», где одна из перекладин креста представляет собой постоянные магниты, а другая – электромагнит управления, катушка которого может быть разбита на две части или использоваться в виде единой катушки.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Кольцо представляет собой магнитопровод с низкими потерями на вихревые токи, на котором располагаются 4 рабочие обмотки (выходные обмотки), соединение которых осуществляется попарно. Выходное напряжение имеет удвоенную частоту по отношению к частоте тока, питающего электромагнит управления.

Если при работе обычного генератора (с вращающимся ротором) неизменный магнитный поток ротора (постоянные магниты или электромагнит), вращаясь от приводного внешнего двигателя, периодически изменяет магнитный поток в статорных обмотках, то увеличиваются механические затраты со стороны приводного двигателя.

В случае с неподвижным ротором отсутствуют потери на трение и противодействующий вращательный момент приводного двигателя. По сути это особый вид трансформаторного преобразователя с дополнительной подпиткой от магнитного поля постоянных магнитов. В процессе преобразования входного переменного тока происходит удвоение частоты выходного тока. Поскольку магнитное поле постоянных магнитов не меняет своего направления – происходит лишь периодическое перераспределение его по секторам кольца ‑то оно активно работает, вкладывая свой «вклад» в генерацию ЭДС.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.

Магнитный поток управляющей или первичной обмотки электромагнита меняет знак, т. е. происходит процесс, аналогичный процессу простого трансформатора. КПД трансформаторного преобразования достаточно велик. Другими словами, мы получаем трансформатор-удвоитель частоты с повышенным КПД.

Что в конечном итоге это дает? Получается, что входная мощность как минимум меньше выходной. Превышение выходной мощности над входной происходит за счет энергии постоянных магнитов, которые, в отличие от привычной схемы генерации, неподвижны.

Дополнительные возможности данного генератора можно получить, применив для кольцевого сердечника статора магнитные материалы с особыми свойствами.
К недостаткам устройства можно отнести следующее: удвоение частоты выходного напряжения, некоторую сложность изготовления магнитопроводов и обмоток, необходимость компенсационных обмоток для задания необходимой нагрузочной характеристики. Максимальная мощность определяется в основном энергией применяемых постоянных магнитов, от которых зависят все остальные параметры.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.

Для создания трехфазного тока можно применить либо 3 подобных преобразователя (питание управляющих обмоток синхронизировано), либо аналогичную конструкцию, изготовленную в трехфазном варианте.

ПОСТОЯННЫЙ МАГНИТ • Большая российская энциклопедия

  • В книжной версии

    Том 27. Москва, 2015, стр. 267-268

  • Скопировать библиографическую ссылку:


Авторы: И. Д. Подольский

Рис. 1. Картина магнитного поля постоянных магнитов: а – без магнитопровода; б – с магнитопроводом; 1 – постоянный магнит; 2 – магнитопровод; 3 – рабочий объём; N и S – полюса постоянного магнита.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Стр…

ПОСТОЯ́ННЫЙ МАГНИ́Т, из­де­лие из маг­ни­тот­вёр­до­го ма­те­риа­ла, со­хра­няю­щее по­сле на­маг­ни­чи­ва­ния и ста­би­ли­за­ции зна­чит. на­маг­ни­чен­ность при воз­дей­ст­вии внеш­них маг­нит­ных по­лей, по­вы­шен­ных тем­пе­ра­тур, уда­ров, виб­ра­ции и др. Пред­ше­ст­вен­ни­ки П. м. из при­род­но­го маг­нети­та, по­лу­чив­ше­го на­маг­ни­чен­ность в по­ле Зем­ли, ис­поль­зо­ва­лись в Древ­нем Ки­тае и ци­ви­ли­за­ции майя в су­до­вых ком­па­сах, а так­же в ри­ту­аль­ных це­лях. «Гер­ку­ле­со­вым кам­нем» в ан­тич­ном ми­ре на­зы­ва­ли кус­ки маг­не­ти­та, при­тя­ги­ваю­щие же­лез­ные пред­ме­ты. П. м. из совр. маг­ни­тот­вёр­дых ма­те­риа­лов (МТМ) спо­соб­ны удер­жи­вать груз, в 100 раз и бо­лее пре­вы­шаю­щий их собств. вес. При на­маг­ни­чи­ва­нии внеш­ним по­сто­ян­ным или им­пульс­ным маг­нит­ным по­лем П. м. при­об­ре­та­ет на­маг­ни­чен­ность, ин­тен­сив­ность ко­то­рой за­ви­сит от мар­ки МТМ. Од­но­вре­мен­но у тор­цов П. м. воз­ни­ка­ет па­ра раз­но­имён­ных маг­нит­ных по­лю­сов, на ко­то­рых за­мы­ка­ют­ся ли­нии маг­нит­ной ин­дук­ции, об­ра­зую­щие внеш­ний маг­нит­ный по­ток П.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.  м. (рис. 1, а). Маг­нит­ное по­ле по­лю­сов в те­ле П. м. час­тич­но раз­маг­ни­чи­ва­ет его (ко­эф. раз­маг­ни­чи­ва­ния за­ви­сит от мар­ки МТМ, фор­мы и со­от­но­ше­ния раз­ме­ров маг­ни­та). Для умень­ше­ния раз­маг­ни­чи­ва­ния к тор­цам П. м. при­сое­ди­ня­ют маг­ни­то­про­вод из маг­ни­то­мяг­ко­го ма­те­риа­ла, в ре­зуль­та­те маг­нит­ный по­ток кон­цен­три­ру­ет­ся в ог­ра­нич. воз­душ­ном за­зо­ре (рис. 1, б). Совр. П. м., об­ла­даю­щие вы­со­кой ус­той­чи­во­стью к раз­маг­ни­чи­ва­нию (напр., на ос­но­ве спла­ва не­одим – же­ле­зо – бор), мо­гут ис­поль­зо­вать­ся прак­ти­че­ски без маг­ни­то­про­во­да, что зна­чи­тель­но умень­ша­ет га­ба­рит­ные раз­ме­ры и мас­су мн. уст­ройств. Ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся коль­це­вые маг­ни­ты с не­сколь­ки­ми па­ра­ми раз­но­имён­ных по­лю­сов, для соз­да­ния ко­то­рых ис­поль­зу­ют спец. приё­мы на­маг­ни­чи­ва­ния.

В за­ви­си­мо­сти от тех­но­ло­гии по­лу­че­ния МТМ (ме­то­дом ли­тья, пла­стич. де­фор­ма­ции, по­рош­ко­вой ме­тал­лур­гии или ва­ку­ум­но­го на­пы­ле­ния) П.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.  м. под­раз­де­ля­ют­ся на ли­тые, де­фор­ми­руе­мые, спе­чён­ные и плё­ноч­ные. П. м. прак­ти­че­ски не име­ют ог­ра­ни­че­ний по фор­ме и раз­ме­рам, вы­пус­ка­ют­ся в ви­де призм, ци­лин­д­ров, дис­ков, ко­лец, стерж­ней, сег­мен­тов, скоб и т. п.

П. м. под­раз­де­ля­ют­ся по об­лас­ти при­ме­не­ния, ти­пу МТМ и гео­мет­рич. фор­ме. Для сни­же­ния не­об­ра­ти­мых маг­нит­ных по­терь в П. м. ис­поль­зу­ют маг­нит­ную ста­би­ли­за­цию, за­клю­чаю­щую­ся в пред­ва­рит. нор­ми­ро­ван­ном на­гре­ва­нии П. м. или воз­дей­ст­вии на не­го раз­маг­ни­чи­ваю­ще­го по­ля; об­ра­ти­мые по­те­ри мо­гут быть умень­ше­ны вы­бо­ром со­от­вет­ст­вую­щей мар­ки МТМ и оп­ти­маль­ной маг­нит­ной це­пи. В ка­че­ст­ве кон­троль­ных па­ра­мет­ров П. м. обыч­но ис­поль­зу­ют маг­нит­ную ин­дук­цию в за­зо­ре эк­ви­ва­лент­ной (по осн. па­ра­мет­рам) маг­нит­ной сис­те­мы или кон­троль­но­го маг­ни­то­про­во­да, а так­же маг­нит­ный по­ток и мо­мент П. м. в ра­зомк­ну­той маг­нит­ной це­пи и др.

Рис.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. 2. Двухполюсные кольцевые магниты с аксиальной магнитной текстурой и однонаправленным (вдоль оси z) осесимметричным магнитным полем, предназначенные для фокусировки электронных пучков (все обозна…

П. м. ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся в ка­че­ст­ве ав­то­ном­ных ис­точ­ни­ков маг­нит­но­го по­ля в уст­рой­ст­вах ав­то­ма­ти­ки, ро­бо­то­тех­ни­ки, СВЧ- и вы­чис­лит. тех­ни­ки, в при­во­дах, элек­тро­дви­га­те­лях и ге­не­ра­то­рах, в ме­ди­цин­ских, из­ме­рит. при­бо­рах и др. Напр., в ра­да­рах с по­мо­щью П. м. осу­ще­ст­в­ля­ют фо­ку­си­ров­ку элек­трон­ных пуч­ков (рис. 2). Прак­тич. зна­чи­мость П. м. не­пре­рыв­но рас­тёт в свя­зи с со­вер­шен­ст­во­ва­ни­ем и по­яв­ле­ни­ем но­вых ти­пов МТМ, с од­ной сто­ро­ны, и раз­ви­ти­ем пер­спек­тив­ных об­лас­тей при­ме­не­ния – с дру­гой.

Как устроен постоянный магнит — блог Мира Магнитов

Постоянные магниты широко используются во многих отраслях промышленной и хозяйственной деятельности, а также в быту, но при этом немногие знают, как устроен магнит и чем объясняются его свойства.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. В частности, чем вызвана способность тех или иных материалов притягивать к себе металлические объекты, например металлические шайбы для магнитов. Для объяснения этого эффекта необходимо сделать небольшой экскурс в электрофизику, а также в природу силовых полей – особого вида материи.

Устройство магнита

Магнитное поле формируется вокруг движущихся элементарных частиц – электронов и ионов. Таким образом, самым простым и маленьким магнитом является электрон, представляющий собой неотъемлемый элемент атомов любых веществ. Именно от его магнитных моментов и зависят свойства того или иного материала. У большинства веществ внутренние векторы магнитного поля атомов, формируемые хаотичными орбитами электронов, нейтрализуют друг друга. Но если в кристаллической структуре твердого вещества направленность магнитных полей совпадает, то такой объект обладает однонаправленным магнитным полем. Ярким примером природного магнита является осколок железной руды, которые может притягивать небольшие железные предметы с близкого расстояния.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Гигантским естественным магнитом является наша планета, которая имеет собственное магнитное поле.

Устройство постоянного магнита

Магнитный эффект известен человечеству с древнейших времен, но до изобретения электричества его природа оставалась для человечества загадкой. Зато после обнаружения связи между электричеством и магнетизмом появился электромагнит, а следом за ним и постоянный магнит. Ученые поняли, что для придания материалу магнитных свойств, необходимо перестроить его внутренние поля в одном направлении и сохранить их в этом положении. Впоследствии выяснилось, что для этого подходят далеко не все вещества, а только ферромагнетики – железо, кобальт, никель и многие редкоземельные элементы.

Чтобы понять, как устроен постоянный магнит, представьте себе тело в виде стержня, полосы или шайбы, которого прошло особую термическую обработку и было намагничено внешним магнитным полем до насыщения. Такая технология позволяет создать однонаправленное магнитное поле путем обеспечения необходимого положения молекул.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Характеристики итогового изделия в первую очередь зависят от особенностей используемых сплавов. В настоящий момент самыми сильными показателями сцепления обладают редкоземельные супермагниты на основе соединения неодима, железа и бора.

Различные части постоянных магнитов по-разному притягивают металлические объекты. Максимальная сила сцепления характерна для полюсов. В средней части магнита напряжение практически отсутствует, из-за чего ее называют нейтральной зоной. Магниты в виде подковы или полосовые магниты всегда имеют два полюса и нейтральную зону между ними. При необходимости стальной объект можно намагнитить так, чтобы получить 4, 6, 8 и более полюсов (допустимо только четное количество) с нейтральными зонами между ними.

Постоянные магниты могут терять свои свойства. В первую очередь опасность для них представляет нагрев, ведь под воздействием высокой температуры сформированная кристаллическая структура материала может быть нарушена.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Кроме того, магниты неизбежно лишаются своих свойств со временем в результате структурного и магнитного старения. Самым длительным сроком службы могут похвастаться неодимовые магниты, которые за сто лет теряют всего несколько процентов своей магнитной силы.

В каталоге интернет-магазина «Мир Магнитов» вы найдете постоянные магниты для решения любых практических задач. Зная, как устроены магниты, вы сможете использовать их еще эффективней. Выбирайте подходящие товары и оформляйте заказ с выгодными условиями доставки.

Из наночастиц сделали жидкие капли постоянного магнита

X. Liu et al. / Science, 2019

Физики придумали как
скомбинировать свойства твердых постоянных магнитов (ферромагнетиков) и взвеси
магнитных частиц в жидкости, которая в целом является парамагнитной.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Для этого
ученые разместили ферромагнитные наночастицы на поверхности капелек воды,
окруженных маслом. В таком случае можно придать каплям несимметричную форму, определяющую ее намагниченность, которая не будет пропадать при снятии внешнего
магнитного поля, то есть вещество будет вести себя как жидкий ферромагнетик,
пишут авторы в журнале Science.

Обычные постоянные магниты (например, железные) относятся к
ферромагнитным материалам. В присутствии внешнего магнитного поля спины
электронов в таких веществах могут упорядочиваться, при этом интенсивное
взаимодействие между спинами обеспечивает сохранность сложившейся конфигурации
и после выключения внешнего поля. Соответствующая физическая величина
называется намагниченность, и она остается постоянной, если не нагревать тело
выше точки Кюри — характерной для материала температуры, при которой тепловые возмущения
станут сильнее взаимодействия спинов и дезорганизуют их.

Существует также другой тип магнитных веществ —
парамагнетики.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Эти материалы намагничиваются во внешнем поле, но не способны
сохранять это состояние в его отсутствии. К этому классу относится большинство
чистых элементов, также некоторые сложные вещества и смеси. В частности,
подобное поведение характерно для ферромагнитных жидкостей, то есть взвеси
микроскопических частиц с постоянной намагниченностью, так как такое вещество
не сохраняет намагниченность.

Получается, что сохранять намагниченность могут только
твердые тела, а менять форму можно только с ее потерей. Существует способ
удерживать намагниченность в ферромагнитной жидкости путем уменьшения
температуры или увеличения вязкости, но он не позволяет добиться истинного
постоянства. Это ограничивает потенциал магнитных жидкостей, которые нашли применение,
например, в виде магнитных пробок, но такие случаи являются лишь отдельными примерами.

В работе ученых из США и Китая под руководством Томаса
Рассела (Thomas Russell) из Пекинского университета химических технологий предлагается новый подход, позволяющий создать настоящий жидкий постоянный
магнит.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Идея заключается в ограничении свободы движения наночастиц. Для этого
авторы растворяют магнитные наночастицы в воде, формируют из смеси капли и
впрыскивают в несмешивающееся с водой масло — оно содержит поверхностно-активное
вещество, которое заставляет частицы скапливаться на поверхности капли.

Полученная таким образом эмульсия обладает свойствами
настоящего магнита: если капли подвергнуть действию внешнего магнитного поля,
то их форма меняется со сферически-симметричной на вытянутую, причем выключение
поля не приводит к восстановлению формы, которая и определяет намагниченность.
Авторы подвергают полученное вещество циклическому перемагничиванию —
стандартному методу исследования магнитных материалов. В результате
оказывается, что эмульсия ведет себя подобно мягкому ферромагнетику, то есть
обладает слабой остаточной намагниченностью и узкой петлей гистерезиса.

Данный подход позволяет получить вещество,
обладающее всеми свойствами жидкости, но при это ферромагнитное, как и
твердые тела.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Потенциально у данной разработки может быть масса применений.
Одним из направлений может быть робототехника, в которой исследование жидких
компонентов является актуальной темой. Преимуществом магнитных жидкостей
является то, что их можно привести в движении одним лишь магнитным полем, что намного
удобнее механических связей. С фундаментальной точки зрения открытие позволяет
создавать принципиально новые материалы, такие как ферромагнитные губки и
эластичные полимеры с постоянной намагниченностью.

Ранее физики нашли у трехслойного ферромагнетика переходное состояние магнитосопротивления, научились включать и выключать ферромагнетизм лазером и подобрали антиферромагнетикам применение в спинтронике.

Тимур Кешелава

Магнитное поле постоянного магнита

Видео: Магнитное поле постоянного магнита

Введение

Стержневой магнит называется диполем, потому что у него два полюса (обычно обозначаются северный и южный).Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Разрушение магнита на две части не дает двух изолированных полюсов; у каждого фрагмента еще есть два полюса. Точно так же два магнита вместе показывают только два полюса. Поскольку, насколько нам известно, магнитных монополей не существует, диполь является простейшим источником магнитного поля.

Дипольное поле не ограничивается стержневыми магнитами, поскольку электрический ток, протекающий в петле, также создает эту общую картину магнитного поля.

Магнитное поле, ось B (измеренное в теслах) идеального диполя, измеренное вдоль его оси, составляет

, где µ 0 — постоянная проницаемости (4π 10 –7 Тл м / А), d — расстояние от центра диполя в метрах, а µ — магнитный момент. Магнитный момент µ измеряет силу магнита, так же как электрический заряд измеряет силу источника электрического поля.Обратите внимание, что зависимость этой функции от расстояния является функцией обратного куба, которая отличается от зависимости обратного квадрата, которую вы, возможно, изучали для других ситуаций.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.

В этом эксперименте вы исследуете, как магнитное поле небольшого мощного магнита изменяется с расстоянием, измеренным вдоль оси магнита. Датчик магнитного поля будет использоваться для измерения величины поля.

Простые лабораторные магниты приблизительно представляют собой диполи, хотя магниты сложной формы будут демонстрировать более сложные поля.Сравнивая свои полевые данные с полем идеального диполя, вы можете увидеть, является ли ваш магнит почти дипольным по своему поведению. Если это почти диполь, вы также можете измерить его магнитный момент.

Объективы

  • Используйте датчик магнитного поля для измерения поля небольшого магнита.
  • Сравните зависимость магнитного поля от расстояния с моделью магнитного диполя.
  • Определите магнитный момент магнита.

Датчики и оборудование

В этом эксперименте используются следующие датчики и оборудование.Может потребоваться дополнительное оборудование.

Напряженность магнитного поля постоянного магнита

Для пользователей магнита вопрос о том, как подтвердить марку и магнитные свойства, по-прежнему актуален.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Большинство пользователей не могут самостоятельно получить значения основных магнитных параметров. В этом случае лучшим решением будет относительное измерение магнитных свойств. Относительное измерение магнитных свойств включает напряженность магнитного поля, магнитный поток и магнитный момент. Для тестирования магнитного потока и магнитного момента разные спецификации требуют разных испытательных катушек, и это причина того, что напряженность магнитного поля является наиболее популярным методом тестирования среди относительных измерений.

Как получить напряженность магнитного поля магнита?

Напряженность магнитного поля магнита может быть измерена гауссметром или тесламетром. Теперь у многих пользователей магнитов есть собственный измеритель Гаусса, а также они устанавливают критерии приемлемости напряженности магнитного поля. Для многополярного магнита напряженность магнитного поля будет измеряться анализатором магнитов.

Как рассчитать напряженность магнитного поля магнита?

Добро пожаловать в наши калькуляторы Гаусса поверхности!

Для магнита простой формы мы можем приблизительно рассчитать напряженность магнитного поля по закону Био-Савара.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.

Для цилиндрической формы:

Где Br — остаточная индукция магнита; X — воздушный зазор между контрольной точкой и поверхностью магнита.

Для блочной формы:

Где Br — остаточная индукция магнита; X — воздушный зазор между контрольной точкой и поверхностью магнита.

Для кольцевой формы:

Где Br — остаточная индукция магнита; X — воздушный зазор между контрольной точкой и поверхностью магнита.

Согласно приведенному выше уравнению, значение напряженности магнитного поля зависит от марки, размеров и положения магнита при испытании. Следует отметить, что измеренное значение напряженности магнитного поля магнита с никелевым покрытием будет ниже, чем значение, полученное при моделировании Био-Савара, из-за эффекта экранирования от ферромагнетизма никелевого покрытия.

Для многополюсного намагничивания и сложных условий проектировщик узнает его силу и распределение магнитного поля с помощью программного обеспечения для анализа методом конечных элементов (FEA или FEM), а затем точно оценит состояние намагниченности и распределение магнитного потока всей системы магнитной цепи.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Анализ методом конечных элементов является мощным инструментом на этапе разработки магнитного изделия.

Технология анализа методом конечных элементов широко используется при проектировании магнитов датчиков, магнитных узлов и сложных магнитных систем. SDM Magnetics имеет большой опыт в области конечно-элементного анализа магнитных приложений. SDM Magnetics стремится предоставить заказчику техническое решение на стадии разработки и снижения затрат.

Рассчитанные значения и результаты моделирования приведены только для справки, а расхождение между измеренным значением и расчетным значением по разным причинам.Оператору необходимо избегать отклонений от прибора и рабочего процесса.

Чтобы гарантировать отсутствие трещин в элементе холла, производитель инструмента обычно наносит покрытие из эпоксидной смолы на элемент холла. Это покрытие также создает воздушный зазор, который часто не учитывается при расчетах и ​​моделировании.

Постоянные магниты | Магнетизм | Сиявула

15.

Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. 3 Постоянные магниты (ESAEH)

Полюсы постоянных магнитов (ESAEI)

Поскольку все домены в постоянном магните выстраиваются в определенном направлении, у магнита есть пара противоположных полюсов, называемых северным (обычно сокращается до N) и южным (обычно сокращается до S).Даже если магнит разрезать на крошечные кусочки, каждый из них все равно будет иметь как северный, так и южный полюс. Эти магнитные полюса всегда встречаются парами. В природе мы никогда не находим северный магнитный полюс или южный магнитный полюс сами по себе.

В природе положительные и отрицательные электрические заряды можно найти сами по себе, но вы никогда не найдете только северный магнитный полюс или южный магнитный полюс сам по себе. В очень маленьком масштабе, приближаясь к размеру атомов, магнитные поля вызываются движущимися зарядами (то есть отрицательно заряженными электронами).

Магнитное притяжение и отталкивание (ESAEJ)

Одинаковые (одинаковые) полюса магнитов отталкиваются друг от друга, в то время как разные (противоположные) полюса притягиваются.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Это означает, что два полюса N или два полюса S будут отталкиваться друг от друга, в то время как полюс N и полюс S будут притягиваться друг к другу.

Как вы думаете, следующие магниты будут отталкиваться или притягиваться друг к другу?

Даны два магнита, у которых полюс N одного приближается к полюсу N другого. Поскольку оба полюса одинаковые, магниты будут отталкивать друг друга.

Даны два магнита, у которых полюс N одного приближается к полюсу S другого. Поскольку оба полюса разные, магниты будут притягиваться друг к другу.

Представление магнитных полей (ESAEK)

Магнитные поля могут быть представлены с помощью силовых линий магнитного поля, начинающихся на северном полюсе и заканчивающихся на южном полюсе. Хотя магнитное поле постоянного магнита повсюду окружает магнит (во всех трех измерениях), мы рисуем только некоторые из линий поля, чтобы представить поле (обычно на чертежах показано только двухмерное поперечное сечение).

  1. Линии поля никогда не пересекаются.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.

  2. Стрелки на линиях поля указывают направление поля.

  3. Магнитное поле направлено с северного на южный полюс магнита.

В областях с сильным магнитным полем силовые линии расположены ближе друг к другу. Там, где поле слабее, линии поля расходятся дальше друг от друга.Количество силовых линий, пересекающих заданную двумерную поверхность, называется магнитным потоком. Магнитный поток используется как мера силы магнитного поля, проходящего через эту поверхность.

Магнитное поле вокруг стержневого магнита

Возьмите стержневой магнит и поместите его под немагнитную тонкую плоскую поверхность (чтобы бумага не сгибалась). Положите лист белой бумаги на поверхность над стержневым магнитом и насыпьте на нее немного железа. Встряхните бумагу, чтобы железные опилки равномерно распределились.В своей рабочей тетради нарисуйте стержневой магнит и узор, образованный железными опилками.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Нарисуйте узор, образованный при повороте стержневого магнита на другой угол, как показано рядом.

Железные опилки, обнаруживающие магнитное поле

Фотография oskay на Flickr.com

Как показывает исследование, магнитное поле магнита можно нанести на карту, поместив его под лист бумаги и посыпав сверху железными опилками. Железные опилки выстраиваются параллельно магнитному полю.

Магнитное поле вокруг пары стержневых магнитов

Возьмите два стержневых магнита и поместите их на небольшом расстоянии друг от друга, чтобы они отталкивали друг друга. Положите лист белой бумаги на стержневые магниты и посыпьте бумагу железными опилками. Встряхните бумагу, чтобы железные опилки равномерно распределились. В своей рабочей тетради нарисуйте стержневые магниты и узор, образованный железными опилками. Повторите процедуру для двух магнитов-стержней, притягивающих друг друга, и нарисуйте, как выглядит узор для этой ситуации.Запишите форму линий, образованных железными опилками, а также их размер и направление для обоих вариантов расположения стержневого магнита.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Как выглядит узор, когда вы размещаете оба стержневых магнита рядом?

Как уже говорилось, противоположные полюса магнита притягиваются друг к другу, и их сближение приводит к сближению (сближению) силовых линий магнитного поля. Подобно полюсам магнита, они отталкиваются друг от друга, и их сближение приводит к тому, что силовые линии их магнитного поля расходятся (изгибаются друг от друга).

Ферромагнетизм (ESAEL)

Ферромагнетизм — это явление, проявляемое такими материалами, как железо, никель или кобальт. Эти материалы могут образовывать постоянные магниты. Они всегда намагничиваются, притягиваясь к магниту, независимо от того, какой магнитный полюс направлен к немагнитному железу / никелю / кобальту.

Сохраняемость и магнитные материалы [НЕ ЗАГЛАВНЫМИ] (ESAEM)

Способность ферромагнитного материала сохранять намагниченность после удаления внешнего поля называется его удерживающей способностью.

Парамагнитные материалы — это такие материалы, как алюминий или платина, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле аналогично ферромагнитным материалам.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Однако они теряют свой магнетизм при снятии внешнего магнитного поля.

Диамагнетизм проявляется в материалах, таких как медь или висмут, которые намагничиваются в магнитном поле с полярностью, противоположной внешнему магнитному полю. В отличие от железа, они слегка отталкиваются магнитом.

Разница между постоянным магнитом и электромагнитом

Разница между постоянным магнитом и электромагнитом заключается в их силе и поле.Магнитное поле постоянного магнита всегда постоянно, но электромагнитное магнитное поле создается путем установления электрического тока и заканчивается снятием тока.

Разница в силе между ними связана с типом намагничивания. То есть, если магнитные свойства постоянного магнита больше, магнит сильнее. Но в случае электромагнита сила зависит от электрического тока.

В этой статье рассматриваются оба типа магнитов, а затем обсуждаются любые различия между постоянным магнитом и электромагнитом.

Магнит

Любой объект, создающий магнитное поле, называется магнитом.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Магнитное поле невидимо, но оно оказывает поглощающее действие на ферромагнитные материалы, такие как железо, никель, кобальт и т. Д. Оно также оказывает поглощающее или отталкивающее действие на другие магниты.

Магнетизм

Магниты обычно относятся к объектам, которые генерируют стабильное магнитное поле, даже если к ним не приложено магнитное поле. Это характеристика определенной категории материалов.Конечно, большинство материалов создают магнитное поле при приложении к ним магнитного поля. Это явление называется магнетизмом, который бывает разных видов. Каждое вещество проявляет по крайней мере один тип магнетизма.

Какое магнитное поведение проявляет вещество, зависит от его общей структуры и, в частности, от расположения его электронов. Наиболее известные типы магнитного поведения различных материалов следующие:

Ферромагнетики и ферримагнетики

Ферромагнетики и ферримагнетики — это материалы, которые притягиваются к магниту и, конечно, могут стать магнитом, сохраняя при этом свою намагниченность.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Ферромагнетики и ферромагнетики похожи, но ферромагнетики прочнее других. Разница в их внутреннем строении.

Парамагнитный

Парамагнитные материалы — это вещества, которые очень плохо поглощаются магнитами, например кислород, платина и алюминий. Эти материалы нельзя намагничивать. Поглощение этих материалов магнитами в тысячи раз слабее, чем у ферромагнитных материалов.

Диамагнитный

Диамагнетик означает отталкивание магнитом.Эти материалы не обладают магнитными свойствами. Примерами этих материалов являются пластмассы, вода, углерод и медь. Большинство материалов попадают в эту категорию. Сверхпроводящие материалы также относятся к этой категории, потому что они полностью отражают магнитное поле.

На рисунке ниже показано магнитное поведение различных материалов в присутствии магнитного поля и без него.

Магнитное поведение различных материалов в присутствии магнитного поля и без него (Ссылка: researchgate.нетто)

Постоянный магнит

Любой объект, сделанный из намагниченного материала и способный генерировать постоянное магнитное поле, является постоянным магнитом.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Материалы, которые хорошо притягиваются к магниту, представляют собой ферромагнитные материалы, а также ферримагнетики. Среди этих материалов никель, железо, кобальт и их сплавы.

Использование постоянных магнитов широко распространено в нашей повседневной жизни. Как магнит на холодильник. Конечно, многие из повседневных применений постоянных магнитов не видны, но без них многие из наших повседневных дел невозможны.Например, роль магнитов в работе автомобилей, систем обработки изображений, генераторов, телевизоров, персональных компьютеров, телефонов и так далее.

Твердые материалы, которые сильно намагничиваются, становятся постоянными магнитами. Примером, полностью описывающим поведение постоянного магнита, является стержневой магнит. Постоянные магниты часто называют стержневыми магнитами.

Магниты бывают натуральные или искусственные. Природные магниты, такие как магниты, естественно, имеют слабое магнитное поле. Но искусственные магниты изготавливаются вручную, имеют более сильное поле и производятся любым способом, пригодным для использования человеком.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.

Магнит имеет два полюса: северный полюс и южный полюс. Когда мы подвешиваем магнит, север — это полюс, который лежит в направлении северного магнитного полюса Земли, и наоборот, чтобы определить южный полюс магнита. Если сломать стержневой магнит посередине, у него все равно будет два полюса, северный и южный. Независимо от того, сколько раз вы продолжите этот перерыв, два полюса, северный и южный полюса останутся для него.

Самое сильное магнитное свойство — это магнит на его полюсах. Когда вы помещаете два стержневых магнита рядом друг с другом, полюса с одинаковым названием отталкиваются друг от друга, а полюса с одинаковым именем притягиваются друг к другу.Барный магнит также поглощает все ферромагнитные материалы.

Некоторые формы постоянных магнитов (Ссылка: activewild.com)

Как создается постоянный магнит?

Постоянный магнетизм создается внутренней структурой вещества. Внутри атомов находятся электроны и ядра атомов, которые сами по себе являются магнитными и вращаются как части электрического заряда.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Кроме того, вращая электрон вокруг ядра в электронных цепях, создается магнитное поле.

Итак, магнитное поле постоянных магнитов с микроскопической точки зрения является результатом трех факторов: спинов электронов, спинов ядер и электронных орбит.

Многие материалы не обладают постоянными магнитными свойствами, потому что магнитные поля каждого из этих факторов случайным образом указывают во всех направлениях и нейтрализуют друг друга. Но в ферромагнитных материалах поля, вызванные вращением ядра, электрона и электронного контура, складываются вместе, усиливая друг друга и создавая постоянное магнитное поле.

Сила постоянного магнита полностью зависит от внутренней структуры материала. Самое сильное постоянное магнитное поле имеет мощность 8000 Гаусс. Конечно, в лаборатории было получено до 450 000 Гауссов.

Линии магнитного поля

Если мы поместим магнит на лист бумаги и посыпаем его металлическими опилками, то положение, которое железные опилки образуют вокруг магнита магнита, будет представлять силовые линии магнитного поля.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Фактически, силовые линии магнитного поля — это набор гипотетических линий, которые показывают силу и ориентацию поля вокруг магнитного материала.

Силовые линии магнитного поля имеют следующие характеристики:

  • Эти линии замкнутые и непрерывные.
  • Касательная в любой точке представляет направление магнитного поля в этой точке.
  • Плотные линии представляют поле с большей напряженностью.
  • Линии магнитного поля не пересекаются.

Магнитные линии вокруг стержневого магнита (Ссылка: en.wikipedia.org)

Типы постоянных магнитов

Типы постоянных магнитов включают следующие:

Керамический магнит

Керамические магниты — самые дешевые постоянные магниты, используемые в таких случаях, как пищевая промышленность.

Гибкий магнит

Эти магниты могут быть изготовлены из комбинации полимеров, пластмасс и магнитных порошков. Примером может служить использование гибких магнитов в дверцах холодильника.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.

Неодимовый железо-борный магнит

Эти типы магнитов (NdFeB) используются при изготовлении ювелирных изделий. Они редкие, дорогие, своего рода земляной магнит.

Самарий-кобальтовый магнит

Это тоже своего рода земляной магнит. Таким образом, он редкий и дорогой, но устойчивый к окислению, в отличие от магнита NdFeB.Этот магнит (SmCo) используется в турбомашиностроении.

Свойства постоянных магнитов

  • Постоянный магнит создает сильное магнитное поле даже при небольшой массе.
  • Хороший постоянный магнит устойчив к размагничиванию.
  • Постоянный магнит применяется при определенной температуре. Следовательно, они не работают должным образом в устройствах, работающих при высоких температурах.
  • Устойчивость постоянного магнита к коррозии со временем низкая; поэтому его сила постепенно уменьшается.
  • Полюса постоянного магнита изменить нельзя.

Электромагнит

Электромагнитное поле создается электрическим током внутри провода, намотанного в катушку вокруг сердечника, сделанного из ферромагнитного материала, такого как железо.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Магнитное поле создается по направлению к центру катушки, и металлический сердечник увеличивает его силу. При снятии электрического тока магнитное поле также исчезает.

На следующем рисунке вы видите направление магнитного поля (B), создаваемого электрическим током (I).{-7} \ frac {Tm} {A}

Тесла (Тл) — единица плотности магнитного потока (В) на единицу площади поперечного сечения. Кроме того, r — это радиальное расстояние от текущего провода.

Применение электромагнитов в электротехнической промышленности и механическом оборудовании очень широко. Например, они используются в двигателях, генераторах, жестких дисках, динамиках, кранах для подъема тяжелых предметов, а также в медицинском оборудовании, таком как МРТ.

Электромагниты используются в трансформаторах, в которых катушки генерируют изменяющиеся магнитные поля с подачей электрического тока для индукции напряжения.Наиболее часто используемые трансформаторы в энергосистеме предназначены для управления альтернативными напряжениями.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.

Согласно закону Ампера, электрический ток внутри провода создает магнитное поле вокруг провода. Если несколько проводов намотаны рядом друг с другом, в их центре создается сильное централизованное поле. Катушка, образующая прямую трубку, называется соленоидом.

Закон Ампера гласит, что интеграл напряженности магнитного поля (H) внутри замкнутого контура равен сумме токов, проходящих через контур.На математическом языке это означает:

\ oint H.dL = \ int J.dA

Справа от приведенного выше уравнения можно записать алгебраическую сумму токов, проходящих через контур.

\ oint H.dL = I_ {enc}

Если мы хотим вычислить магнитное поле в кольце радиуса r, указанное выше соотношение можно записать следующим образом:

2 {\ pi} rH = I_ {enc}

или

H = \ frac {I_ {enc}} {2 {\ pi} r}

Направление магнитного поля можно найти с помощью правила правой руки.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс. Таким образом, если пальцы правой руки согнуты в направлении тока внутри катушек, большой палец правой руки окажется в направлении магнитного поля. Направление, от которого проходят силовые линии, представляет собой Северный полюс.

Связь между B и H следующая.

H = \ frac {B} {{\ mu}} — M

Здесь M и μ — намагниченность и магнитная проницаемость соответственно.

Необходимо упомянуть уравнение Максвелла, которое объясняет взаимосвязь между электрическим полем и магнитным полем.

{\ nabla} \ times \ overrightarrow {E} = — \ frac {{\ partial} \ overrightarrow {B}} {{\ partial} t}

Плотность магнитного потока и напряженность электрического поля действуют на заряд q, движущийся со скоростью v, что объясняется уравнением силы Лоренца.

\ overrightarrow {F} = q (\ overrightarrow {E} + \ overrightarrow {v} \ times \ overrightarrow {B})

Применение теоремы Стокса к уравнению Максвелла приводит к следующему уравнению.Магнитное поле постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.

\ oint E.dL = — \ frac {{\ partial}} {{\ partial} t} \ int \ overrightarrow {B} .d \ overrightarrow {A}

Интегрирование электрического поля вокруг замкнутого контура приводит к определению электродвижущей силы ζ. Также Φ обозначает магнитный поток, интеграл на поверхности, окруженной петлей плотности магнитного потока.

{\ zeta} = — \ frac {\ partial {\ Phi}} {\ partial {t}}

Это называется законом электромагнитной индукции Фарадея, который гласит, что если проводник расположен поперек изменяющегося магнитного поля, возникает индукция электродвижущей силы.

Магнитный сердечник

Если в центре катушки используется сердечник из ферромагнитного материала, магнитное поле может быть усилено в тысячи раз из-за высокого коэффициента проницаемости материала. Эти типы электромагнитов называются ферромагнитными сердечниками или железными сердечниками.

Конечно, не все электромагниты имеют ферромагнитный сердечник, особенно очень сильные электромагниты, такие как сверхпроводники, или электромагниты с очень высокими токами внутри катушек, не могут иметь сердечника.

Материал, используемый в электромагнитном сердечнике, имеет небольшие области, называемые магнитными доменами. Обычно они ориентированы таким образом, что нейтрализуют магнитное влияние друг друга, и объект не рассматривается как магнит. Но как только в катушке вокруг объекта создается ток, возникающее магнитное поле направляет небольшие магнитные области и направляет их параллельно.

Таким образом, действие поля тока катушки и магнитного поля усиливают друг друга в одном и том же направлении.Это создает очень сильное магнитное поле.

Чем выше ток внутри катушки, тем сильнее создается магнитное поле. Однако эта процедура не существует неограниченно, и поскольку все магнитные поля ориентированы, то увеличение силы тока в цепи очень незначительно вызывает усиление поля. Это состояние называется насыщением.

При снятии электрического тока магнитные домены внутри сердечника теряют ориентацию и возвращаются к своему предыдущему случайному расположению.Но некоторые выравнивания остаются, и сердечник остается слабым магнитом. Это состояние называется гистерезисом. Также остаточное магнитное поле называется остаточным магнетизмом.

На следующем рисунке показаны силовые линии магнитного поля вокруг электромагнита с железным сердечником.

Силовые линии электромагнита с железным сердечником (Ссылка: en.wikipedia.org)

Свойства электромагнита

  • Электромагнитное магнитное поле, как и постоянный магнит, имеет воображаемые силовые линии.
  • Электромагниты имеют как северный, так и южный полюса, как у постоянного магнита.
  • Электромагниты дешевле постоянных магнитов.
  • Мощность электромагнита можно отрегулировать в соответствии с вашими потребностями.
  • Электромагниты требуют высокого технического обслуживания.
  • Они не подходят для небольших помещений, так как требуют большого количества медных муфт.
  • Есть некоторые побочные эффекты, которые следует учитывать при проектировании электромагнитов, такие как омическое нагревание, индуктивные пики напряжения, силы Лоренца и потери в сердечнике.

Из этого видео вы можете узнать больше об электромагнетизме или электромагнитной силе.

Разница между постоянным магнитом и электромагнитом

После полного введения и обсуждения характеристик каждого из них мы опишем разницу между постоянным магнитом и электромагнитом. Эти различия упоминаются в следующих случаях.

Разница в типах намагничивания

Основное различие между постоянным магнитом и электромагнитом заключается в способах их намагничивания.Постоянный магнит намагничен постоянно, но электромагнит временно намагничен.

Разница в материалах

Еще одно различие между постоянным магнитом и электромагнитом заключается в их материалах. Постоянные магниты обычно изготавливаются из твердых материалов, но материал, используемый в электромагните, мягкий.

Разница в расположении полюсов

Положение полюсов — это разница между постоянным магнитом и электромагнитом. В постоянном магните полюса фиксированы и не меняются.Но в электромагните полюса могут меняться.

Разница в сильных сторонах

Между постоянным магнитом и электромагнитом разница в силе. Сила магнитного поля в постоянном магните постоянна, но сила электромагнитного магнитного поля пропорциональна потребностям пользователя.

электромагнетизм — В чем разница между магнитным полем постоянного магнита и электромагнита?

из того, что я изучал до сих пор, я не думаю, что есть разница.но,
Постоянный магнит — это объект, сделанный из намагниченного материала, создающего собственное постоянное магнитное поле. Как следует из названия, постоянный магнит — это «постоянный». Это означает, что он всегда имеет магнитное поле и всегда будет демонстрировать магнитное поведение.

Электромагнит состоит из катушки с проволокой, которая действует как магнит, когда через нее проходит электрический ток. Часто электромагнит наматывают на сердечник из ферромагнитного материала, такого как сталь, что усиливает магнитное поле, создаваемое магнитным полем.
Магнитные свойства постоянного магнита существуют, когда магнит (намагничен).Электромагнитный магнит проявляет магнитные свойства только при подаче на него электрического тока. Вот как вы можете отличить их. Магниты, которые вы прикрепили к своему холодильнику, являются постоянными магнитами, а электромагниты — это принцип работы двигателей переменного тока.

Магнитная сила
Сила постоянного магнита зависит от материала, из которого он изготовлен. Сила электромагнита может регулироваться величиной электрического тока, протекающего в нем.В результате один и тот же электромагнит можно настроить на разные уровни силы.

Если постоянный магнит теряет свои магнитные свойства, как это происходит при нагревании до (максимальной) температуры, он становится бесполезным, и его магнитные свойства могут быть восстановлены только путем повторного намагничивания. Напротив, электромагнит теряет свою магнитную силу каждый раз, когда удаляется электрический ток, и снова становится магнитным, когда вводится электрическое поле.

Основное преимущество постоянного магнита перед электромагнитом состоит в том, что постоянному магниту не требуется непрерывная подача электрической энергии для поддержания своего магнитного поля.Однако магнитным полем электромагнита можно быстро управлять в широком диапазоне, контролируя величину электрического тока, подаваемого на электромагнит.

Постоянные магниты | IOPSpark

Электричество и магнетизм

Практическая деятельность
для 14-16

Классная практика

Этот эксперимент поднимает интересный вопрос.Может ли что-то намагничиваться и не показывать полюса?

Аппаратура и материалы

Примечания по охране труда и технике безопасности

Необходимо использовать средства защиты глаз.

Прочтите наше стандартное руководство по охране труда

Кольца представляют собой маленькие плоские кольца, толщиной около 0,25 мм, внутренним диаметром 1 см и внешним диаметром 2 см. Их штампуют из тонкой стали и закаливают, нагревая до вишнево-красного цвета, а затем погружая в холодную воду.Кольца должны быть твердым стеклом и легко ломаться в пальцах.

Кольца необходимо намагнитить круговым магнетизмом, чтобы не было видно полюсов. Для этого используется круговое магнитное поле, создаваемое током в прямом проводе. Через центр колец должен пройти провод, пропускающий ток 100 ампер. Возможно, потребуется использовать несколько проводов (например, провод с током 10 А, пропущенный через кольца 10 раз). Чтобы обеспечить равномерное намагничивание без полюсов, пропустите провод через центры колец; кольца можно было бы поместить на деревянный дюбель, в центре которого есть отверстие для токоведущего провода.

Процедура

  1. Проверить кольцо железной опилкой. Есть ли у него магнитные полюса?
  2. Разломите кольцо пальцами пополам и проверьте детали с опилками.

Учебные заметки

Вы можете представить этот эксперимент, сказав:

«Можно ли намагнитить стальное кольцо, даже если на нем нет признаков полюсов? Вот кольцо из стали. Я думаю, что я намагнитил его, но я не могу найти полюсов.Когда я окунаю его в железные опилки, вы не видите висящих на кольце комков железных опилок. Я не нахожу рядом с ним магнитного поля. Когда я кладу эту стрелку компаса рядом, она не влияет. Так что я не нахожу ни полюсов, ни поля, и все же я думал, что намагнитил его ».

«Как теория помогает объяснить появление полюсов при разрыве? (« Основные магниты »расположены носом к хвосту вокруг кольца и не открываются, пока кольцо не разорвано).

Этот эксперимент прошел испытания на безопасность в декабре 2004 г.

Control Engineering | Понимание двигателей с постоянными магнитами

Кристофер Ящолт, Yaskawa America Inc.31 января 2017 г.

Управление скоростью двигателей переменного тока в большинстве случаев осуществляется с помощью частотно-регулируемого привода (ЧРП). Хотя многие сценарии включают использование частотно-регулируемых приводов с асинхронными двигателями с обмотками статора для создания вращающегося магнитного поля, они также могут обеспечить точное управление скоростью, используя датчики обратной связи по скорости или положению в качестве ссылки на частотно-регулируемый привод.

В некоторых ситуациях можно получить сравнительно точное регулирование скорости без использования датчиков обратной связи.Это стало возможным благодаря использованию двигателя с постоянными магнитами (PM) и процесса, называемого «методом ввода высокочастотного сигнала».

Индукционные машины

Асинхронная машина переменного тока (IM) также обычно называется двигателем переменного тока. Вращающееся поле создается обмоткой статора. Вращающееся поле индуцирует ток в стержнях ротора. Генерация тока требует разницы скоростей между ротором и магнитным полем. Взаимодействие между полем и током создает движущую силу.Таким образом, индукционные машины переменного тока являются преобладающими двигателями, управляемыми приводами с регулируемой скоростью.

Двигатели с постоянными магнитами

Двигатель с постоянными магнитами — это двигатель переменного тока, в котором используются магниты, встроенные в поверхность ротора двигателя или прикрепленные к ней. Магниты используются для создания постоянного магнитного потока двигателя вместо того, чтобы требовать, чтобы поле статора создавало его путем соединения с ротором, как в случае с асинхронным двигателем. Четвертый двигатель, известный как двигатель с постоянным запуском от сети (LSPM), объединяет характеристики обоих двигателей.Двигатель LSPM включает в себя магниты двигателя с постоянными магнитами внутри ротора и стержни ротора двигателя с короткозамкнутым ротором для максимального увеличения крутящего момента и эффективности (см. Таблицу 1).

Поток, потокосцепление и магнитный поток

Чтобы понять работу двигателей с постоянными магнитами, важно сначала понять концепции магнитного потока, потокосцепления и магнитного потока.

Flux: Прохождение тока через проводник создает магнитное поле. Поток определяет скорость потока собственности на единицу площади.Ток потока — это скорость протекания тока через заданную площадь поперечного сечения проводника.

Потоковая связь: Потоковая связь возникает, когда магнитное поле взаимодействует с материалом, например, когда магнитное поле проходит через катушку с проволокой. Потоковая связь определяется количеством обмоток и магнитным потоком, где ϕ используется для обозначения мгновенного значения изменяющегося во времени потока. Потоковая связь определяется следующим уравнением:

Магнитный поток: Магнитный поток определяется как скорость магнитного поля, протекающего через заданную площадь поперечного сечения проводника.Поле магнитного потока создается постоянным магнитом внутри или на поверхности двигателя с постоянными магнитами.

Индуктор: Индуктор — это элемент схемы, который состоит из проводящего провода, обычно в форме катушки. Проводник с постоянным током будет генерировать постоянное магнитное поле. Можно продемонстрировать, что магнитное поле и вызвавший его ток линейно связаны. Изменение магнитного поля вызовет в соседнем проводнике напряжение, пропорциональное скорости изменения тока, создавшего магнитное поле.Напряжение в проводнике определяется по следующему уравнению:

Индуктивность: Индуктивность (L) — это константа пропорциональности, которая определяет соотношение между напряжениями, вызванными скоростью изменения тока во времени, создавшего магнитное поле. Проще говоря, индуктивность — это потокосцепление на единицу тока. Следует пояснить, что индуктивность — это пассивный элемент и чисто геометрическое свойство. Индуктивность измеряется в Генри (H) или Вебер-витках на ампер.

Ось d и ось q: С геометрической точки зрения оси «d» и «q» представляют собой однофазные представления потока, вносимого тремя отдельными синусоидальными фазовыми величинами при одинаковой угловой скорости. Ось d, также известная как прямая ось, является осью, по которой поток создается обмоткой возбуждения. Ось q или квадратурная ось — это ось, на которой создается крутящий момент. По соглашению квадратурная ось всегда электрически опережает прямую ось на 90 градусов.Проще говоря, ось d является основным направлением потока, а ось q — основным направлением создания крутящего момента.

Магнитная проницаемость: В электромагнетизме проницаемость — это мера способности материала поддерживать формирование магнитного поля внутри себя. Следовательно, это степень намагничивания, которую материал получает в ответ на приложенное магнитное поле.

Эквивалентная схема двигателя с постоянными магнитами: Двигатель с постоянными магнитами может быть представлен в нескольких различных моделях двигателей.Один из наиболее распространенных методов — модель двигателя d-q.

Индуктивность оси d и оси q двигателя с постоянными магнитами: Индуктивности оси d и оси q — это индуктивности, измеренные при прохождении потока потока через ротор по отношению к магнитному полюсу. Индуктивность по оси d — это индуктивность, измеренная при прохождении потока через магнитные полюса. Индуктивность по оси q является мерой индуктивности, когда магнитный поток проходит между магнитными полюсами.

В индукционной машине потокосцепление ротора будет одинаковым между осью d и осью q.Однако в машине с постоянным магнитом магнит уменьшает доступное железо для магнитной связи. Магнитная проницаемость близка к воздухопроницаемости. Следовательно, магнит можно рассматривать как воздушный зазор. Магнит находится на пути потока, когда он проходит через ось d. Путь потока, проходящего через ось q, не пересекает магнит. Следовательно, больше железа может быть связано с путем потока по оси q, что приводит к большей индуктивности. Двигатель со встроенным магнитом будет иметь большую индуктивность по оси q, чем индуктивность по оси d.Двигатель с магнитами для поверхностного монтажа будет иметь почти идентичные индуктивности по оси q и d, поскольку магниты находятся вне ротора и не ограничивают количество железа, связанного полем статора.

Магнитная значимость: Заметность или значимость — это состояние или качество, благодаря которым что-либо выделяется по сравнению с его соседями. Магнитная яркость описывает соотношение между индуктивностью основного потока ротора (ось d) и индуктивностью, создающей основной крутящий момент (ось q). Магнитная яркость изменяется в зависимости от положения ротора по отношению к полю статора, где максимальная заметность возникает при 90 электрических градусах от оси главного потока (ось d) (см. Рисунок 1).

Ток возбуждения: Ток возбуждения — это «ток в обмотках статора, необходимый для создания магнитного потока в сердечнике ротора». Машины с постоянными магнитами не требуют тока возбуждения в обмотке статора, потому что магниты двигателя с постоянными магнитами уже создают постоянное магнитное поле.

Вторичный ток: Вторичный ток, также известный как «ток, создающий крутящий момент», — это ток, необходимый для создания крутящего момента двигателя. В машине с постоянными магнитами токи, создающие крутящий момент, составляют большую часть потребляемого тока.

Потребляемый ток: В отличие от согласованного усилителя и сервопривода, предназначенного для управления движением, обычный частотно-регулируемый привод не имеет информации о положении магнитного полюса ротора двигателя. Без знания положения магнитного полюса в статоре невозможно создать поле для максимального увеличения крутящего момента. Следовательно, частотно-регулируемый привод может подавать постоянное напряжение для фиксации магнитного поля в известном положении. Потребляемый ток, необходимый для втягивания ротора, называется «током втягивания».”

Высокочастотный впрыск: Высокочастотный впрыск — это метод инвертора, используемый для определения положения магнитного полюса двигателя с постоянными магнитами. Метод начинается с того, что инвертор подает высокочастотный сигнал низкого напряжения в двигатель на произвольной оси. Затем инвертор изменяет угол возбуждения и контролирует ток.

В зависимости от угла впрыска изменяется импеданс ротора. Импеданс клеммы двигателя с внутренним постоянным магнитом (IPM) уменьшается, когда ось подачи высокочастотного сигнала и ось магнитного полюса (ось d) совмещены, т.е.е. при 0 град. Максимальное сопротивление составляет ± 90 град. Используя эту характеристику, привод может определять положение ротора без импульсных энкодеров, подавая высокочастотное переменное напряжение / ток на двигатель IPM. Более того, метод подачи высокочастотного сигнала может использоваться для определения скорости в области низких скоростей, где обычно управление крутящим моментом при полной нагрузке очень затруднено, поскольку уровень напряжения обратной ЭДС двигателя слишком низкий.

Форма сигнала обратной ЭДС

Обратная ЭДС — это сокращение от обратной электродвижущей силы, но также известно как противодвижущая сила.Противоэлектродвижущая сила — это напряжение, которое возникает в электродвигателях при относительном движении между обмотками статора и магнитным полем ротора. Геометрические свойства ротора будут определять форму сигнала обратной ЭДС. Эти формы сигналов могут быть синусоидальными, трапециевидными, треугольными или чем-то средним.

Как индукционные машины, так и машины с постоянным магнитом генерируют сигналы обратной ЭДС. В индукционной машине форма волны обратной ЭДС будет затухать по мере того, как остаточное поле ротора медленно спадает из-за отсутствия поля статора.Однако в машине с постоянным магнитом ротор генерирует собственное магнитное поле. Следовательно, напряжение может индуцироваться в обмотках статора всякий раз, когда ротор находится в движении. Напряжение обратной ЭДС линейно возрастает со скоростью и является решающим фактором при определении максимальной рабочей скорости.

Общие сведения о крутящем моменте машины с постоянными магнитами

Крутящий момент электрической машины можно разделить на две составляющие: магнитный момент и момент сопротивления. Момент сопротивления — это «сила, действующая на магнитный материал, которая стремится выровняться с основным магнитным потоком, чтобы минимизировать сопротивление.Другими словами, реактивный крутящий момент — это крутящий момент, создаваемый выравниванием вала ротора относительно магнитного поля статора. Магнитный момент — это «крутящий момент, создаваемый взаимодействием магнитного поля магнита и тока в обмотке статора».

Момент противодействия: Момент противодействия относится к крутящему моменту, генерируемому при выравнивании ротора, который возникает, когда магнитное поле заставляет требуемый прямой поток от северного полюса статора к южному полюсу статора.

Магнитный момент: Постоянные магниты создают магнитное поле в роторе. Статор создает поле, которое взаимодействует с магнитным полем ротора. Изменение положения поля статора по отношению к полю ротора вызывает смещение ротора. Сдвиг из-за этого взаимодействия и есть магнитный момент.

SPM в сравнении с IPM

Двигатели с постоянными магнитами можно разделить на две основные категории: двигатели с поверхностными постоянными магнитами (SPM) и двигатели с внутренними постоянными магнитами (IPM) (см. Рисунок 3).Ни один из типов конструкции двигателя не содержит стержней ротора. Оба типа генерируют магнитный поток постоянными магнитами, прикрепленными к ротору или внутри него.

Двигатели

SPM имеют магниты, прикрепленные к внешней поверхности ротора. Из-за такого механического крепления их механическая прочность ниже, чем у двигателей IPM. Ослабленная механическая прочность ограничивает максимальную безопасную механическую скорость двигателя. Кроме того, эти двигатели обладают очень ограниченной магнитной яркостью (L d ≈ L q ).Значения индуктивности, измеренные на зажимах ротора, одинаковы независимо от положения ротора. Из-за близкого к единице коэффициента значимости конструкции двигателей SPM в значительной степени, если не полностью, полагаются на магнитную составляющую крутящего момента для создания крутящего момента.

В двигателях

IPM постоянный магнит встроен в сам ротор. В отличие от своих собратьев SPM, расположение постоянных магнитов делает двигатели IPM очень механически прочными и пригодными для работы на очень высоких скоростях. Эти двигатели также отличаются своим относительно высоким коэффициентом магнитной яркости (L q > L d ).Из-за своей магнитной заметности двигатель IPM может создавать крутящий момент, используя как магнитные, так и реактивные компоненты крутящего момента двигателя (см. Рисунок 4).

Моторные конструкции ПМ

Моторные конструкции

PM можно разделить на две категории: внутренние и поверхностные. У каждой категории есть свое подмножество категорий. Поверхностный двигатель с постоянными магнитами может иметь свои магниты на поверхности ротора или вставляться в него, чтобы повысить надежность конструкции. Расположение и дизайн внутреннего двигателя с постоянными магнитами могут сильно различаться.Магниты двигателя IPM могут быть вставлены в виде большого блока или смещены по мере приближения к сердечнику. Другой метод — вставить их в узор из спиц.

Изменение индуктивности двигателя с постоянными магнитами под нагрузкой

Только такое количество магнитного потока может быть связано с куском железа для создания крутящего момента. В конце концов, железо насыщается и больше не позволяет флюсу связываться. В результате уменьшается индуктивность пути, проходимого магнитным полем. В машине с постоянным магнитом значения индуктивности по оси d и q будут уменьшаться с увеличением тока нагрузки.

Индуктивности осей d и q двигателя SPM практически идентичны. Поскольку магнит находится вне ротора, индуктивность оси q будет падать с той же скоростью, что и индуктивность оси d. Однако индуктивность двигателя IPM будет уменьшаться иначе. Опять же, индуктивность по оси d, естественно, ниже, потому что магнит находится на пути потока и не создает индуктивных свойств. Следовательно, по оси d меньше железа для насыщения, что приводит к значительно меньшему снижению магнитного потока по отношению к оси q.

Ослабление / усиление потока двигателей с постоянными магнитами

Поток в двигателе с постоянными магнитами создается магнитами. Поле потока следует определенному пути, который можно усилить или противодействовать. Повышение или усиление магнитного поля позволит двигателю временно увеличить производство крутящего момента. Противодействие полю магнитного потока устранит существующее магнитное поле двигателя. Уменьшение магнитного поля ограничит производство крутящего момента, но снизит напряжение обратной ЭДС. Пониженное напряжение обратной ЭДС высвобождает напряжение, заставляя двигатель работать с более высокими выходными скоростями.Оба типа работы требуют дополнительного тока двигателя. Направление тока двигателя поперек оси d, обеспечиваемое контроллером двигателя, определяет желаемый эффект.

Угол возбуждения

Угол возбуждения — это угол, под которым векторная сумма сигналов оси d и оси q возбуждается на двигатель относительно оси d. Ось d всегда рассматривается там, где находится магнит. Максимальный магнитный поток достигается на оси q, которая составляет 90 электрических градусов от оси d.Поэтому в большинстве ссылок на угол возбуждения уже учтена разница в 90 градусов от оси d до оси q.

Фазовый угол и крутящий момент

Магнитный момент максимизируется, когда поле статора возбуждает ротор двигателя на 90 электрических градусов от оси d (положение магнита двигателя). Крутящий момент сопротивления движется по другому пути и достигает максимума на 45 электрических градусов за осью q. Максимальный магнитный крутящий момент использует как магнитное сопротивление двигателя, так и магнитные моменты.Смещение дальше от оси q уменьшает магнитный момент, но намного перевешивается увеличением крутящего момента реактивного сопротивления. Максимальный комбинированный магнитный и реактивный крутящий момент возникает около 45 электрических градусов от оси q, но точный угол будет варьироваться в зависимости от характеристик двигателя с постоянными магнитами.

Удельная мощность двигателя IPM

Мощность двигателя с постоянными магнитами зависит от конфигурации магнитов двигателя и получаемой мощности двигателя. Двигатели с высоким коэффициентом резкости (Lq> Ld) могут повысить эффективность двигателя и выработку крутящего момента за счет включения реактивного крутящего момента двигателя.Инвертор можно использовать для изменения угла возбуждения относительно оси d, чтобы максимизировать как реактивный момент, так и магнитный момент двигателя.

Типы магнитов двигателя с постоянными магнитами

В настоящее время в электродвигателях используется несколько типов материалов с постоянными магнитами. У каждого вида металла есть свои достоинства и недостатки.

Размагничивание постоянного магнита

Постоянные магниты трудно назвать постоянными, и их возможности ограничены.На эти материалы можно воздействовать определенными силами, размагничивающими их. Другими словами, можно удалить магнитные свойства материала постоянного магнита. Вещество с постоянным магнитом может размагнититься, если материал значительно деформируется, нагревается до значительных температур или подвергается воздействию сильного электрического возмущения.

Во-первых, напряжение постоянного магнита обычно осуществляется физическими средствами. Магнитный материал может размагнититься, если не ослабнет, если он подвергнется сильным ударам / падению.Ферромагнитный материал обладает магнитными свойствами. Однако эти магнитные свойства могут излучать в любом множестве направлений. Один из способов намагничивания ферромагнитных материалов — это приложение к материалу сильного магнитного поля для выравнивания его магнитных диполей. Выравнивание этих диполей направляет магнитное поле материала в определенную ванну. Сильный удар может удалить атомное выравнивание магнитных доменов материала, что ослабит силу предполагаемого магнитного поля.

Во-вторых, на постоянный магнит могут влиять и температуры.Температуры заставляют магнитные частицы в постоянном магните взволноваться. Магнитные диполи обладают способностью выдерживать некоторое тепловое возбуждение. Однако длительные периоды перемешивания могут ослабить силу магнита, даже если он хранится при комнатной температуре. Кроме того, все магнитные материалы имеют порог, известный как «температура Кюри», который представляет собой порог, определяющий температуру, при которой тепловое перемешивание вызывает полное размагничивание материала. Такие термины, как коэрцитивная сила и удерживающая способность, используются для определения способности магнитного материала сохранять прочность.

Наконец, большие электрические помехи могут вызвать размагничивание постоянного магнита. Эти электрические помехи могут быть вызваны взаимодействием материала с большим магнитным полем или пропусканием через материал большого тока. Примерно так же, как сильное магнитное поле или ток можно использовать для выравнивания магнитных диполей материала, другое сильное магнитное поле или ток, приложенный к полю, создаваемому постоянным магнитом, может привести к размагничиванию.

Самоопределение в сравнении с режимом замкнутого контура

Последние достижения в области приводной техники позволяют стандартным приводам переменного тока «самообнаруживать» и отслеживать положение магнита двигателя.Система с обратной связью обычно использует канал z-импульса для оптимизации производительности. Посредством определенных процедур привод знает точное положение магнита двигателя, отслеживая каналы A / B и исправляя ошибки с помощью канала z. Знание точного положения магнита позволяет добиться оптимального крутящего момента, что приводит к оптимальной эффективности.

Серводвигатели

Серводвигатели

— это двигатели с постоянными магнитами, используемые для управления движением. Как правило, в конструкции двигателя с внутренним / внутренним постоянным магнитом эти двигатели соединяются с конкретным усилителем как часть согласованного набора для достижения максимальной производительности.Усилитель был точно настроен на двигатель с постоянными магнитами для достижения оптимальных характеристик его производителем. Конфигурация усилителя движения / сервопривода обычно использует обратную связь двигателя, которая также обеспечивает обратную связь по положению магнитного полюса и скорости.

Christopher Jaszczolt — специалист по управлению приводными продуктами в Yaskawa America Inc. Он имеет более девяти лет опыта в области управления движением. Помимо своей нынешней должности, Ящолт работал инженером технической поддержки и инженером по приложениям.