Глава шестая
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА
А. МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ С ПОСТОЯННОЙ МАГНИТОДВИЖУЩЕЙ СИЛОЙ
6.3. СВОЙСТВА ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Свойства ферромагнитных материалов оценивают обычно по кривым намагничивания, представляющим собой зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля В(Н). Кривые намагничивания получают опытным путем. Напряженность изменяют за счет изменения тока намагничивающей обмотки, расположенной на испытуемом образце. Определение напряженности производят с помощью закона полного тока. Для определения магнитной индукции используют индукционное действие магнитного поля.
Если ферромагнитный материал был размагничен, то при увеличении напряженности Н магнитная индукция В изменяется в соответствии с кривой 1 первоначального намагничивания (рис. 6.6). Последней соответствует на том же рисунке кривая 2 изменения магнитной проницаемости μа(Н), построенная согласно формуле μа = В/Н.
При относительно небольших напряженностях, когда материал еще не насыщен (участок Оа), увеличение Н сопровождается значительным увеличением В. Именно на этом участке μа = В/Н >> μ0 и μr >> 1. Максимальному значению магнитной проницаемости соответствует точка А, которая может быть получена, если через начало координат провести касательную к кривой 1.
 |
| Рис. 6.6. Кривые намагничивания В(Н) и зависимость μa(Н) ферромагнитного материала. Зависимость B0(Н0) для воздуха |
С увеличением Н на участке ab материал все более насыщается и темп роста В снижается.
На участке bс, соответствующем значительному насыщению ферромагнитного материала, увеличение напряженности приводит лишь к весьма малым приращениям магнитной индукции. Последняя возрастает на этом участке примерно в той же степени, что и в случае катушки без ферромагнитного магнитопровода (прямая 4 на рис. 6.6). Хотя при любых значениях напряженности ферромагнитного материала μа > μ0 и μr > 1, при Н → ∞ μа → μ0 и μr →1.
При уменьшении напряженности магнитная индукция изменяется в соответствии с кривой 3. Любому значению напряженности при ее уменьшении соответствует большее значение магнитной индукции, чем при увеличении Н. Если напряженность уменьшить до нуля, материал окажется намагниченным. Магнитная индукция Вr при Н = 0 называется индукцией остаточного намагничивания. Чтобы получить В < Вr , необходимо изменить направление напряженности в материале, что осуществляется путем изменения направления тока намагничивающей обмотки. При некотором значении I < 0 и Нс < 0 получим В = 0. Напряженность Нc называется коэрцитивной силой.
Если периодически и весьма медленно изменять напряженность от + Н1m до - Н1m , то после нескольких циклов перемагничивания магнитная индукция будет изменяться в пределах от + В1m до - В1m , в соответствии с кривой 1 на рис. 6.7, а, называемой статической петлей магнитного гистерезиса. При разных пределах изменения напряженности получим семейство статических симметричных петель магнитного гистерезиса. Существуют некоторые напряженности + Нm = + Hs и - Нm = - Hs , при превышении которых площадь, ограниченная петлей гистерезиса, остается постоянной. Петля гистерезиса 2 называется в этом случае предельной, а магнитная индукция Bs — индукцией технического насыщения. Значения Вr и Нс определяются по предельной петле гистерезиса.
 |
Рис. 6.7. Симметричные циклы магнитного гистерезиса и основная кривая намагничивания |
Если соединить вершины статических петель гистерезиса, то получим основную кривую намагничивания 3, незначительно отличающуюся от кривой первоначального намагничивания. Основная кривая намагничивания используется при расчете магнитных цепей. Наибольшее значение магнитной проницаемости μa определяется по основной кривой.
Различают магнитно-мягкие и магнитно-твердые, ферромагнитные материалы. К магнитно-мягким материалам относятся чистое железо, углеродистые электротехнические стали, сплавы железа и никеля, некоторые химические соединения железа. Магнитно-мягкие материалы характеризуются относительно малой величиной Нс и небольшой площадью циклов гистерезиса (кривые 1 и 2 на рис. 6.7, б). Магнитно-мягкие материалы применяются для изготовления магнитных цепей электрических машин, трансформаторов, электроизмерительных приборов и разнообразных электротехнических аппаратов. Магнитно-мягкие материалы с малым значением Вr (кривая 1 на рис. 6.7, б) при постоянном токе дают возможность в широких пределах изменять магнитный поток. Некоторые магнитно-мягкие материалы при соответствующей технологии обработки позволяют получить «прямоугольную» петлю гистерезиса (кривая 2). Материалы с «прямоугольной» петлей характеризуются весьма малыми значениями Нс и большим значением Вr, близким к Вs . Магнитно-мягкие материалы с «прямоугольной» петлей гистерезиса находят широкое применение в устройствах автоматики и вычислительной техники.
К магнитно-твердым материалам относятся сплавы железа с алюминием, хромом и вольфрамом, содержащие различные присадки. Магнитно-твердые материалы (кривая 3 на рис. 6.7, б) характеризуются относительно большими значениями Вr и Нс и применяются для изготовления постоянных магнитов.