Szczelina powietrzna

Przykład magnetowodu ze szczeliną powietrzną

Szczelina powietrzna – w obwodzie magnetycznym o dużej przenikalności magnetycznej jest to część zawierająca materiał nie wykazujący własności magnetycznych (przenikalność praktycznie równa jedności).

Nazwa

Ponieważ w najprostszej konstrukcji magnetowodu szczelina zawiera tylko powietrze, to ogólnie przyjęta została nazwa szczelina powietrzna - nawet jeśli jest ona wypełniona innym materiałem niemagnetycznym, np. celem wzmocnienia konstrukcji.

Szkodliwość szczeliny

W większości urządzeń i maszyn elektrycznych szczelina powietrzna jest niepożądana w magnetowodzie ponieważ zwiększa reluktancję, co prowadzi do zwiększenia prądów magnesujących. Dąży się zatem do eliminacji szczeliny lub przynajmniej jej zmniejszenia. Nie jest to możliwe w wirujących maszynach elektrycznych, gdzie musi zostać zachowany odpowiedni odstęp pomiędzy nieruchomymi częściami stojana a obracającym się wirnikiem.

Duża szczelina powoduje mniejsze wartości indukcji magnetycznej na biegunach co skutkuje mniejszym momentem obrotowym silnika elektrycznego.

W transformatorach rozłożona szczelina powietrzna powoduje wzrost mocy pozornej i spadek sprawności.

Pożądany wpływ szczeliny

Ponieważ wprowadzenie szczeliny powoduje wzrost ogólnej reluktancji magnetowodu, to utrudnia to nasycenie magnetyczne rdzenia. Jednocześnie pętla histerezy magnetycznej ulega pochyleniu i taki obwód jest bardziej liniowy (pomimo że jego ogólne własności są mniej optymalne niż obwodu bez szczeliny). Właściwość tę wykorzystuje się przy budowie liniowych dławików, cewek i transformatorów (np. na precyzyjne przekładniki prądowe małej mocy).

Obliczanie pola magnetycznego w szczelinie

W prostym magnetowodzie składającym się tylko z części o wysokiej przenikalności magnetycznej o długości l_m oraz szczeliny powietrznej o grubości l_g, magnesowanym jedną cewką o ilości zwojów N i prądzie magnesującym I, można zapisać że:

$N\cdot I=H_{m}\cdot l_{m}+H_{g}\cdot l_{g}$

Jeśli rozkład strumienia magnetycznego jest równomierny i można założyć, że zachodzi zależność że:

$H_{m}\cdot l_{m}<<H_{g}\cdot l_{g}$

to można zapisać że:

$N\cdot I\approx H_{g}\cdot l_{g}$

czyli reluktancja rdzenia jest zaniedbywalnie mała w porównaniu z reluktancją szczeliny i cała siła magnetomotoryczna odkłada się w szczelinie.

Powyższe założenia są uzasadnione jednak tylko dla sytuacji, w której przenikalność rdzenia dużo większa niż przenikalność szczeliny powietrznej, co ma zazwyczaj miejsce dla używanych w technice materiałów ferromagnetycznych (przenikalność od 0,5·10³ do 1·10⁶) lub ferrimagnetycznych (do 5·10³).