Электротехника и электроника. - Немцов М.В.
Скачать (прямая ссылка):
57
L
В.
В
Предположим, что ферромагнитный материал тонкостенного тороида полностью размагничен и тока в обмотке нет (B=O и H= 0). Если теперь плавно увеличивать постоянный ток / в
10ЯС Я обмотке катушки, то в ферро-
магнитном материале возникнет магнитное поле с напряженностью по закону полного тока
Рис. 3.10
(3.3):
H= Iw?nr. (3.7)
Каждому значению напряженности H магнитного поля в тонкостенном тороиде соответствует определенная намагниченность ферромагнитного материала, а следовательно, и соответствующее значение магнитной индукции В.
Если начальное магнитное состояние материала тонкостенного тороида характеризуется значениями H=O, B=O, то при плавном нарастании тока получим нелинейную зависимость B(H), называемую кривой первоначального намагничивания (см. рис. 3.10, штриховая линия). Начиная с некоторых значений напряженности H магнитного поля индукция В в тонкостенном ферромагнитном тороиде практически перестает увеличиваться и остается равной ?max. Эта область зависимости B(H) называется областью технического насыщения.
Если, достигнув насыщения, начать плавно уменьшать постоянный ток в обмотке, т.е. уменьшать напряженность поля (3.7), то индукция также начнет уменьшаться. Однако зависимость B(H) уже не совпадает с кривой первоначального намагничивания. Изменив направление тока в обмотке и увеличив его значение, получим новый участок зависимости B(H). При значительных отрицательных значениях напряженности магнитного поля снова наступит техническое насыщение ферромагнитного материала. Если продолжить эксперимент: сначала уменьшать ток обратного направления, затем увеличивать ток прямого направления до насыщения и т.д., то после нескольких циклов перемагничивания для зависимости B(H) получим симметричную кривую (см. рис. 3.10, сплошная линия). Этот замкнутый цикл B(H) называется предельной статической петлей гистерезиса (или предельным статическим циклом гистерезиса) ферромагнитного материала. Если во время симметричного перемагничивания область технического насыщения не достигается, то симметричная кривая B(H) называется симметричной частной петлей гистерезиса ферромагнитного материала.
Предельный статический цикл гистерезиса ферромагнитных материалов характеризуется параметрами (см. рис. 3.10): Нс — ко-
58
Bf в ( К в В = wolf
J о н н Jo /нск H
а б в
Рис. 3.11
эрцитивной силой; Вг — остаточной индукцией и k-, = Br/BH=i0Hc — коэффициентом прямоугольности.
По значению коэрцитивной силы Нс ферромагнитные материалы подразделяются на две группы:
• магнитно-мягкие — магнитные материалы с малыми значениями коэрцитивной силы (Нс < 50—100 А/м);
• магнитно-твердые — магнитные материалы с большими значениями коэрцитивной силы (Нс> 20—30 кА/м).
Магнитно-твердые материалы используются для изготовления постоянных магнитов, а магнитно-мягкие — для изготовления магнитопроводов электротехнических устройств, работающих в режиме перемагничивания по предельному или частным циклам.
Магнитно-мягкие материалы подразделяются на три типа: магнитные материалы с прямоугольной предельной статической петлей гистерезиса (ППГ, коэффициент прямоугольности kD > 0,95) (рис. 3.11, а); магнитные материалы с непрямоугольной предельной статической петлей гистерезиса (НПГ, 0,4 < kD < 0,7) (рис. 3.11, б); магнитные материалы с линейными свойствами, у которых зависимость B(H) практически линейная: ZJ=U7-U0Z/ (рис. 3.11, в).
Все типы магнитных характеристик магнитно-мягких материалов могут быть получены на образцах из ферромагнитных сплавов либо из ферромагнитной керамики (ферриты). Ценное свойство ферритов в отличие от ферромагнитных сплавов — их высокое удельное электрическое сопротивление.
Магнитопроводы из ферромагнитных материалов с ППГ применяются в устройствах автоматики, с НПГ — в электрических машинах и аппаратах, магнитопроводы которых обычно работают в режиме перемагничивания по симметричным частным циклам. При Рис. 3.12
59
В, Тл 1,6
ч
1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2
0
10
кА/м
-"ГТ Ni
I Ic :рм алл эй ( 78; 5%
ft'
4 <*•/
У
Н, кА/м
Рис. 3.13
расчетах таких магнитопроводов пользуются основной кривой намагничивания ферромагнитного материала, представляющей собой геометрическое место вершин симметричных частных циклов тонкостенного ферромагнитного тороида (рис. 3.12) при синусоидальном токе низкой частоты в обмотке.
По основной кривой намагничивания ферромагнитного материала определяют зависимость абсолютной магнитной проницаемости от напряженности //магнитного поля (см. рис. 3.12, штриховая линия):
pfl = В/Н. (3.8)
На рис. 3.13 приведены основные кривые намагничивания некоторых электротехнических сталей, используемых в электрических машинах, трансформаторах и других устройствах, а также чугуна и пермаллоя.
Из ферромагнитных материалов с линейными свойствами изготовляют магнитопроводы катушек индуктивности колебательных контуров с высокой добротностью. Такие контуры применяют, например, в радиотехнических устройствах (приемниках, передатчиках).
