Магнитные свойства ферромагнитных материалов
Свойства ферромагнитных материалов принято характеризовать зависимостью магнитной индукции 
от напряженности магнитного поля 
.
Различают два основных типа этой зависимости: кривые намагничивания и гистерезисные петли.
Кривая намагничивания. Процесс намагничивания ферромагнитного материала можно изобразить в виде кривой намагничивания, представляющей собой однозначную зависимость индукции от напряженности магнитного поля.
Кривая начального намагничивания (рис. 4.1)- кривая намагничивания предварительно размагниченного ферромагнетика 
при плавном изменении магнитной напряженности . На участке 
этой характеристики имеет место практически линейная зависимость от , при этом магнитная проницаемость вещества 
, т.е. абсолютная магнитная проницаемость много больше магнитной постоянной вакуума.
На участке аб нарушается линейная зависимость индукции магнитного поля от его напряженности, при этом рост магнитной индукции замедляется.
За точкой б располагается участок магнитного насыщения, на котором зависимость от вновь приобретает линейный характер. На этом участке кривой начального намагничивания наблюдается очень медленное (по сравнению с первым и вторым участками кривой) нарастание магнитной индукции при увеличении напряженности магнитного поля. При этом магнитная проницаемость ферромагнитного вещества резко уменьшается, т.е. при большом насыщении способность ферромагнитного вещества пропускать магнитный поток приближается к неферромагнитному.
Большое практическое значение имеет процесс циклического перемаг-ничивания ферромагнитных материалов.
Допустим, ферромагнитный материал не намагничен (
) и напряженность внешнего магнитного поля 
(рис. 4.2). При постепенном увеличении напряженности поля от нуля до некоторого наибольшего значения 
магнитная индукция увеличивается по кривой начального намагничивания 
и достигает максимального значения 
.
При уменьшении напряженности поля от до 0 магнитная индукция уменьшается. Но кривая изменения магнитной индукции (участок 
на рис. 4.2) не совпадает с кривой начального намагничивания. Значение индукции магнитного поля 
при равной нулю напряженности магнитного поля называется остаточной индукцией.
При изменении направления напряженности магнитного поля и постепенном ее увеличении напряженность поля достигает значения —
, при котором магнитная индукция . Значение напряженности внешнего поля 
, при которой ферромагнетик полностью размагнитится, называется коэрцитивной силой.
Дальнейшее увеличение напряженности поля вызывает намагничивание ферромагнетика в противоположном направлении и при напряженности поля 
магнитная индукция достигнет значения 
. Затем при уменьшении напряженности поля до нуля магнитная индукция становится равной —. Наконец, при следующем изменении направления напряженности поля и увеличения ее до прежнего значения магнитная индукция увеличится также до прежнего значения .
Таким образом, размагничивание ферромагнитного материала отстает от изменения напряженности внешнего магнитного поля. Явление отставания изменения магнитной индукции от изменения напряженности внешнего поля называется магнитным гистерезисом, а замкнутая кривая, характеризующая изменение магнитной индукции в зависимости от напряженности внешнего поля, называется петлей гистерезиса.
Симметричная статическая петля магнитного гистерезиса может быть получена в результате периодического и весьма медленного изменения напряженности от 
до 
когда через несколько циклов перемагничивания магнитная индукция станет изменяться в пределах от 
до 
.
При повторении процесса циклического намагничивания для постепенно увеличивающихся значений напряженности магнитного поля можно получить семейство петель гистерезиса и так называемую предельную петлю гистерезиса, которой соответствует изменение напряженности магнитного поля в пределах от 
до 
. Увеличение напряженности сверх 
не влечет за собой увеличение площади петли гистерезиса. Предельная петля гистерезиса определяет значение остаточной магнитной индукции и коэрцитивной силы 
. Кривая, соединяющая вершины симметричных петель гистерезиса, называется основной кривой намагничивания.
При периодическом изменении напряженности 
, если 
, может быть получена несимметричная (частная) петля гистерезиса, имеющая вид петли, центр которой не совпадает с началом координат.
Перемагничивание ферромагнетика в переменных магнитных полях всегда сопровождается тепловыми потерями энергии. В общем случае эти потери складываются из потерь на гистерезис и динамических потерь.
Степень проявления различных видов потерь зависит от скорости псрс-магничивания ферромагнитного материала. При медленном перемагничива-нии потери обусловлены практически только гистерезисом (динамические потери при этом стремятся к нулю).
Потери на гистерезис при каждом цикле перемагничивания пропорциональны площади петли гистерезиса. Удельные потери энергии на гистерезис — потери, затраченные на перемагничивание единицы массы в единице объема материала за секунду, пропорциональны квадрату максимальной индукции 
и частоте перемагничивания 
.
Динамические потери вызываются частично вихревыми токами, которые возникают при изменении направления и напряженности магнитного ноля. На высоких частотах потерн на вихревые токи превосходят потери на гистерезис.
Потери, обусловленные индуцированными в объеме материала вихревыми токами, зависят от электрического сопротивления материала. Они уменьшаются с ростом сопротивления. Для уменьшения потерь на вихревые токи необходимо использовать материал с повышенным удельным сопротивлением, либо собирать сердечник из тонких слоев, изолированных друг от друга
К динамическим потерям относятся также потери на магнитную вязкость (последействие). Обусловлены отставанием магнитной индукции от изменения напряженности магнитного поля. Они зависят от состава и термической обработки материала и появляются на высоких частотах. Потери на магнитную вязкость необходимо учитывать при использовании ферромагнетиков в импульсном режиме.
ЕВ зависимости от величины коэрцитивной силы ферромагнитные материалы делятся на магнитомягкие и магнитотвердые
Магнитомягкие материалы имеют узкую петлю гистерезиса, что говорит о малых потерях на перемагничивание. Индукция насыщения у таких материалов велика и лишь незначительно отличается от остаточной индукции 
коэрцитивная сила мала, поэтому они легко перемагничиваются.
Самым распространенным магнитомягким материалом является листовая электротехническая сталь, которая применяется для изготовления магни-топроводов электрических машин и аппаратов.
Магнитотвердые материалы обладают полого поднимающейся основной кривой намагничивания и большой площадью гистерезисной петли. Они имеют широкую петлю гистерезиса, поэтому при псрсмагничивании затрачивается большая энергия. Магнитотвердые материалы (углеродистые стали, вольфрамовые сплавы и др.) используются для изготовления постоянных магнитов.
Эта теория взята со страницы помощи с заданиями по электротехнике:
Возможно эти страницы вам будут полезны:
| Защитное заземление и зануление в трехфазных сетях |
| Магнитные цепи: основные определения |
| Основные законы магнитной цепи |
| Расчет магнитной цепи |
