Главная Движение носителей электрических зарядов



магнитного материала эту зависимость устанавливают опытным путем, строя кривую намагничивания В{Н). Впервые закономерности намагничивания ферромагнетиков бьши исследованы русским физиком А. Г. Столетовым в 1871 г. Эти исследования послужили основой расчета магнитных цепей электрических машин и аппаратов, сыграли важную роль в развитии электротехники.

Если поместить ферромагнетик, не подвергавшийся воздействию магнитного поля, т. е. магнитный момент которого первоначально был равен нулю, в магнитное поле, то линия 0-1 на рис. 7.4 будет соответствовать кривой первоначального намагничивания В (Н). Если намагнитить ферромагнетик до насыщения {1 на рис. 7.4), а затем начать размагничивать его, т. е. уменьшать напряженность поля от Я5 до О, получим кривую, которая не совпадает с кривой первоначального намагничивания {1-2 на рис. 7.4), причем в отсутствие внешнего поля (Я = 0) намагничивание ферромагнетика не исчезает и характеризуется некоторым значением В„ получившим название остаточной индукции. Для полного размагничивания (5 на рис. 7.4) необходимо к ферромагнетику приложить поле с напряженностью - Я„ имеющее направление, противоположное намагничивающему полю. Значение напряженности магнитного поля обратного знака, необходимое для полного размагничивания ферромагнетика, называется коэрцитивной силой Я. Способность ферромагнетиков обладать остаточной индукцией дает возможность изготовлять постоянные магниты, свойства которых тем лучше, чем больше коэрцитивная сила ферромагнетика, из которого он выполнен.

Если периодически намагничивать ферромагнетик в прямом и обратном направлении (например, изменяя плавно значение и направление тока в обмотке кольцевого сердечника, изготовленного из ферромагнетика), то зависимость В{Н) имеет вид петли гистерезиса (рис. 7.4, кривая 1-2-3-4-5-1). Явление отставания изменений магнитной индукции В от изменения напряженности поля Я называется магнитным гистерезисом. Если при периодическом намагничивании максимальные значения напряженности поля Ншх достигают насыщения Я„ то получается так называемая максимальная, или предельная, петля гистерезиса (сплошная петля на рис. 7.4). Если же при Я „ах насыщение не достигается, т. е. < Н„ то получаются петли, называемые

частными гистерезисными циклами (пунктирные линии на рис. 7.4). Частных циклов может быть сколь угодно много, и все они будут находиться внутри предельной петли гистерезиса. Соединив вершины частных гистерезисных циклов, получают основную кривую намагничивания, которая практически совпадает с кривой первоначального намагничивания (кривая 0-1 на риа 7.4). Следует отметить, что кривая первоначального намагни-




чивания может быть разбита на три участка: участок Оа, на котором магнитная индукция возрастает пропорционально напряженности поля [В (Я) имеет прямолинейный характер], так как ферромагнитный материал не насыщен; участок аЬ, называемый коленом кривой намагничивания, который характеризуется все большим насыщением ферромагнитного материала, вследствие чего темп роста магнитной индукции уменьшается, а также уменьшается значение магнитной проницаемости Ца, и участок Ы, где зависимость В{Н) становится почти прямолинейной, имеющей небольшой угол наклона к оси абсцисс, - этот участок соответствует значительному насыщению ферромагнитного материала; следовательно, в этом случае увеличение напряженности поля приводит лишь к незначительным приращениям магнитной индукции.

Если магнитную индукцию выражать в Тл = Вб/м - В с/м, а напряженность поля - в А/м, то площадь петли гистерезиса будет выражаться в В А с/м = Дж/м. Следовательно, площадь петли гистерезиса численно равна энергии, затрачиваемой за один цикл перемагничивания единицы объема ферромагнетика. Величины В„ Не и цх являются основными характеристиками ферромагнитных материалов, в частности максимальная проницаемость (Хщах

характеризует ферромагнетик с точки зрения возможности его использования для усиления поля. Значения остаточной индукции В, и коэрцитивной силы Н„ характеризующие важнейшие свойства ферромагнетика, определяются по предельной петле гистерезиса.

В зависимости от назначения к ферромагнитным материалам предъявляются различные требования. Необходимо, чтобы ферромагнитные материалы, работающие в переменном магнитном поле, имели малую коэрцитивную силу (и соответственно узкую петлю гистерезиса). Такие материалы называются магнитомягкими. Для магнитомягких материалов Не < 200 А/м. Основными материалами этой группы являются электротехническая сталь, содержащая кремний, сплавы железо - никель типа пермаллоя и др. Магнитомягкие материалы применяют в качестве магнитопроводов в электрических машинах, трансформаторах и приборах, т. е. в качестве магнитных цепей, в которых создается магнитный поток. Использование магнитомягких материалов для электрических машин переменного тока и трансформаторов уменьшает потери мощности в ферромагнитных сердечниках, а применение магнитомягких материалов с малой В в электрических машинах постоянного тока позволяет в широких пределах изменять магнитный поток.

Магнитомягкие материалы с прямоугольной петлей гистерезиса, получаемой за счет специальной технологии обработки, обладают малым значением и большой В„ близкой к В,. Эти материалы широко применяют в вычислительной технике и устройствах автоматики.

Для изготовления постоянных магнитов и подвижных систем в магнитных компасах требуется большая остаточная индукция и большая коэрцитивная сила (и соответственно широкая петля гистерезиса), которая затрудняет размагничивание. Такие материалы называются магнито-твердыми. У магнитотвердых материалов значения остаточной индукции и коэрцитивной силы лежат в пределах В, = 0,5 ¥ 1,3 Вб/м,



Я<, = 4000 -г- 65000 А/м. К магнитотвердым материалам относятся сплавы железа с алюминием, хромом и вольфрамом, содержащие различные присадки.

Деление ферромагнитных материалов на магнитотвердые и магнито-мягкие условно, так как имеются материалы с характеристиками, отличными от указанных. Следует отметить, что с возрастанием температуры магнитная проницаемость ферромагнитных материалов уменьшается, причем для каждого материала существует критическая температура, при которой он теряет ферромагнитные свойства, превращаясь в парамагнетик. Критическая температура Тс {точка Кюри) для железа равна 768 °С, для никеля 365 °С, кобальта 1131 °С. Ферромагнитные материалы при намагничивании изменяют размеры, вследствие чего они деформируются. Это явление называется магнитострикцией. Однако наряду со свойством изменять размеры при намагничивании ферромагнетики обладают также свойством намагничиваться при растяжении и сжатии. Следовательно, магнитосгрикционный эффект обратим.

§ 7.4. Понятия о магнитных цепях и их основные законы

В электротехнических устройствах, состоящих из магнитопроводов и обмоток, наносимых на них, для увеличения магнитного потока магнитопроводы изготовляют из ферромагнитных материалов. В зависимости от конструктивных особенностей и от требований, предъявляемых к различным электротехническим устройствам, магнитопроводы бывают разнообразной формы. Та часть электротехнического устройства, которая необходима для создания в нем магнитного поля необходимой интенсивности и конфигурации, называется магнитной цепью. Магнитная цепь состоит из магнитопровода и из элементов, возбуждающих магнитное поле, например обмоток с током, надеваемых на магнито-провод.

Таким образом, для сосредоточения магнитного потока в определенных частях электротехнических устройств служат ферромагнитные материалы, которые в совокупности с электромагнитами, воздушными зазорами н прокладками (неферромагнитными прослойками) составляют магнитную цепь.

Простешпей магнитной цепью является кольцевой магнитопровод [ I из ферромагнитного материала с равномерно нанесенной на нем намагни-1;.- чивающей катушкой. Магнитные цепи в зависимости от конструктивных ! особенностей и технических данных могут быть различными как по X размерам, так и по конфигурации. Кроме того, они могут быть с f одним или несколькими элементами, возбуждающими магнитное поле,

(неразветвленными и разветвленными. Разветвленные магнитные цепи, в свою очередь, могут быть симметричными и несимметричными. При расчете магнитных цепей в большинстве случаев определяют ij м. д. с. F, необходимую для создания на каком-либо участке магнитопровода заданного магюггного потока Ф (прямая задача), или по м. д. с. определяют потоки отдельных участков магнитной цепи (обратная задача). При этом для обеих задач должны быть известны

5 А. г. Морозов 129



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 [41] 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.011