Основные магнитомягкие ферромагнетики

Для работы на постоянном и переменном токах низкой частоты широко используют электротехнические стали.

Применяют две основные разновидности магнитомягких электротехнических сталей: низко­углеродистые стали и кремнистые стали.

Присутствие кремния в стали улучшает ее состав, по­скольку кремний связывает часть растворённых в металле газов и в первую очередь кислород.

Кремнистые стали изготавливают двумя способами: горячей и холодной прокаткой. По уровню магнитных свойств, геометрической точности листа и качеству отделки холоднокатаные стали существенно превосходят горячекатаные и постепенно вытесняют последние.

Электротехническая сталь выпускается в виде отдельных листов, рулонов или ленты и предназначается для изготовления магнитопроводов. Для уменьшения потерь на вихревые токи на листы стали может быть на­несен электроизоляционный лак.

Сплавы железа с никелем, называемые также пермал­лоями, обладают при определенном соотношении компонентов высокими магнитными свойствами. Пермаллои представляют собой сплавы железа с никелем или железа с никелем и кобальтом, обычно легированные молибденом, хромом и другими элементами. Пермаллои подразделяются на высоконикелевые (72...80% никеля) и низконикелевые (40... 50% никеля).

Магнитные свойства пермаллоев сильно зависят от химического состава и наличия примесей в сплаве.

Пермаллои делятся на 4 группы:

• нелегированные низконикелевые пермаллои - марок 45Н и 50Н (содержание никеля 45 и 50%);

• сплавы, обладающие текстурой и прямоугольной петлей гистерезиса - 50НП, 65НП, 34НКП;

• низконикелевые пермаллои (50% Ni), легированные хромом и кремнием - 50НХС;

• высоконикелевые пермаллои, легированные соответственно молибденом, хромом и кремнием, хромом и медью - 79НМ, 80НХС, 76НХД, 79 НМУ.

Все сплавы содержат в небольших количествах марганец и кремний. В марках пермаллоев буква Н означает никель, М - марганец, X - хром, Д - медь, К - кобальт, С - кремний, П - прямоугольную петлю гистерезиса. Сплавы с улучшенными свойствами обозначают дополнительно буквой У.

Основное преимущество пермаллоев - высокие значения магнитной проницаемости в слабых полях и малое значение коэрцитивной силы. Недостатками пермаллоев являются большая чувствительность магнитных свойств к механическим напряжениям, пониженные значения индукции насыщения по сравнению с электротехническими сталями и сравнительно высокая стоимость.

Пермаллои находят широкое применение в магнитных элементах измерительных, автоматических и радиотехнических устройств при их работе в слабых постоянных и переменных полях с частотой до нескольких десятков килогерц, а для микронного проката и до более высоких частот.

Ферриты представляют собой магнитную керамику, получаемую спеканием смеси оксида железа Fe₂0₃ с оксидами металлов. По типу электропроводности ферриты относятся к оксидным полупроводникам и имеют удельное сопротивление 10^-5- 10¹⁰ Ом*м.

К наиболее широко используемым магнитомягким, в первую очередь, относят никель-цинковые и марганец-цинковые ферриты, представляющие собой трехкомпонентные системы NiO-ZnO-Fe₂0₃ и MnO-ZnO-Fe₂0₃.

Схема подключения приборов

Рис. 4. Схема установки

W₁ - число витков первичной обмотки первичной обмотки используемого образца;

W₂ - число витков вторичной обмотки используемого образца;

Х - расстояние по горизонтали между вершинами гистерезисного цикла в метрах. Отклонение луча по вертикали пропорционально напряжению на выходе интегрирующей цепочки между точками 3 и 5 на рис. 4;

ЗГ - Звуковой генератор;

r – сопротивление фазовращателя 3000 Ом;

С – конденсатор фазовращателя 10⁶ Ф;

4-5 , 3-5 – соответственно горизонтальный и вертикальные входы усилителя осциллографа.

Методика измерений.

1. Собрать схему согласно рис. 4;

2. Установить регулятор выходного напряжения генератора ЗГ на нуль. Выключить внутреннюю нагрузку генератора, а выходное сопротивление генератора поставить на 6000 Ом. Установить частоту 50гц. Включить генератор ЗГ и осциллограф. Генератор развертки осциллографа выключить. Рукояткой регулятора выходного напряжения генератора ЗГ повышают напряжение U_вых и доводят образец до насыщения. Рукоятками усиления по горизонтали и вертикали на осциллографе устанавливают гистерезисную кривую так, чтобы расстояние между вершинами гистерезисного цикла по горизонтали Х₀, и вертикали Y₀, равнялось 6 см. При дальнейших измерениях ручки горизонтального и вертикального усиления не трогать;

3. Градуировка осей осциллографа.

Отключают осциллограф и генератор ЗГ от схемы. Включают внутреннюю нагрузку ЗГ, выходное напряжение ставят на 600 Ом, затухание устанавливают 20 Дб. Соединяют выход генератора с горизонтальным

входом осциллографа, а зажимы вертикального входа закорачивают. Рукояткой регулятора выходное напряжение генератора U_вых помещают так, чтобы максимальное отклонение луча по горизонтали соответствовало расстоянию 6 сантиметрам между вершинами гистерезисной петли по горизонтали. Отмечают напряжение по вольтметру генератора ЗГ. При затухании в 20 Дб

U_вых=U₂/10

Градуировку вертикальной оси производят аналогичным образом, с тем отличием, что закорачивают горизонтальный вход, а напряжение с генератора подается на вертикальный вход. Затухание при этом равно выходному напряжению интегрирующей цепочки при включении образца,

будет

U_вых=U₃/100

Рис. 5

Абсолютная магнитная проницаемость m_a=m_rm₀ ферромагнетика определяется для произвольной точки А кривой намагничивания (рис. 5) через тангенс угла наклона секущей 0А к оси абсцисс, т.е.

Где m_B, m_H, m_m - масштабы соответствующих величин.

Кривая изменения магнитной проницаемости m_r для ферромагнитного материала дана на том же рис. 5. Как видно из графика, магнитная проницаемость с ростом напряженности поля изменяется в весьма широких границах, что затрудняет ее применение для расчетов. На кривой m_r(H) отмечают два характерных значения магнитной проницаемости:

1.  

начальное (рис. 5)

2.  

максимальное

Начальная магнитная проницаемость характеризует возможность использования ферромагнетика в слабых магнитных полях. Максимальная магнитная проницаемость определяет верхнюю границу использования материала.