Магнитное поле, поток и индукция

Электрический ток создаёт магнитное поле. Вокруг прямого проводника силовые линии образуют замкнутые окружности; направление связывают с направлением тока правилом правой руки. У катушки поля отдельных витков складываются, поэтому внутри соленоида поле значительно сильнее.

Магнитная индукция B, измеряемая в теслах, характеризует магнитное поле с точки зрения его силового действия. Магнитный поток Φ через поверхность равен интегралу B по площади; для однородного поля, перпендикулярного площади:

Если поле наклонено, учитывают угол между B и нормалью к поверхности.

Ферромагнитный сердечник имеет значительно большую магнитную проницаемость, чем воздух, и позволяет получить большой магнитный поток при меньшем токе намагничивания. Поэтому стальные сердечники применяют в трансформаторах, дросселях и электромагнитах.

Воздушный зазор резко увеличивает магнитное сопротивление магнитной цепи и используется там, где требуется управлять запасом энергии или избежать насыщения.

Рост тока не может бесконечно пропорционально увеличивать B. При приближении материала к насыщению дополнительный рост тока даёт всё меньший прирост магнитной индукции. Для трансформатора чрезмерный поток, например из-за слишком высокого напряжения или слишком низкой частоты, способен вызвать резкий рост тока намагничивания и нагрев.

Переменный магнитный поток индуцирует вихревые токи не только в обмотках, но и в проводящем сердечнике. Они создают дополнительные потери и нагрев. Поэтому сердечники трансформаторов и многих машин выполняют из тонких изолированных листов электротехнической стали: разделение материала увеличивает сопротивление путей вихревых токов и уменьшает потери.

Кроме вихревых токов существуют потери на гистерезис — перемагничивание материала. Именно поэтому качество стали, частота и магнитная индукция влияют на нагрев магнитопровода даже при отсутствии нагрузки на вторичной стороне.

Магнитная цепь определяет работу контактора, реле, трансформатора и двигателя. Неплотно прилегающий якорь контактора увеличивает воздушный зазор: катушка может гудеть и перегреваться. Повреждение или неправильная сборка магнитопровода ухудшают магнитный режим даже при исправной обмотке.