5.1.2. Статическая петля гистерезиса

При циклическом намагничивании зависимость образует петлю гистерезиса (рис. 5.3). Статической она называется потому, что снимается на постоянном токе при медленном изменении внешнего поля . Для получения симметричной петли необходимо 510 коммутаций тока в намагничивающей обмотке после установления его величины.

Рис. 5.3. Статическая петля гистерезиса и основная кривая намагничивания

Магнитный гистерезис – отставание изменения магнитной индукции от напряжённости магнитного поля. Гистерезис объясняется тем, что изменения в доменной структуре, осуществляемые путём перемещения доменных границ, требуют затрат энергии и времени. Изменения границ доменов не успевают за изменением поля. Форма петли для данного материала зависит от значения напряжённости . Для слабых полей петля имеет вид эллипса. Петлю гистерезиса, полученную при условии насыщения ( ) называют предельной. В справочниках обычно приводят предельные петли гистерезиса. Основными параметрами петли гистерезиса являются остаточная индукция , коэрцитивная сила и площадь петли, характеризующая удельные потери на гистерезис за один цикл перемагничивания. Остаточной индукцией называют индукцию, которая остаётся в предварительно намагниченном образце после снятия внешнего поля. Коэрцитивная сила – напряжённость размагничивающего поля, которое должно быть приложено к предварительно намагниченному образцу для того, чтобы магнитная индукция в нём стала равной нулю. Участок характеристики от до называют кривой размагничивания. Форма петли характеризуется коэффициентом прямоугольности . – индукция при напряжённости поля .

Прямоугольность петли гистерезиса зависит от материала сердечника, толщины ленты, технологии изготовления. Магнитные материалы по виду петли гистерезиса условно можно разделить на материалы с высокой прямоугольностью петли гистерезиса ( ) и материалы с низкой прямоугольностью петли гистерезиса.

По величине коэрцитивной силы магнитные материалы делят на 2 группы: магнитомягкие (  кА/м) и магнитотвёрдые (4 кА/м< <800 кА/м). Магнитомягкие материалы способны намагничиваться до насыщения даже в слабых полях, имеют высокую магнитную проницаемость и малые потери на перемагничивание. Поэтому магнитомягкие материалы используют для изготовления магнитопроводов трансформаторов, электрических машин, электромагнитов. Магнитотвёрдые материалы обладают большой удельной энергией и используются для изготовления постоянных магнитов.

Изменяя напряжённость внешнего поля , можно получить семейство статических петель гистерезиса. Если соединить вершины петель гистерезиса, то получим зависимость , называемую основной кривой намагничивания, которая является важной характеристикой магнитного материала. По основной кривой намагничивания определяют относительную магнитную проницаемость (нормальную, дифференциальную). Нормальная магнитная проницаемость в т. А (рис. 5.4):

, (5.8)

где и – масштабы по осям и .

Магнитная проницаемость зависит от (рис. 5.5).

Начальная и максимальная проницаемости – частные случаи нормальной проницаемости

; (5.9)

. (5.10)

Рис. 5.4. Определение относительной магнитной проницаемости

по основной кривой намагничивания

Рис. 5.5. Зависимость магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля

Дифференциальная магнитная проницаемость характеризуется тангенсом угла наклона касательной к оси :

. (5.11)

Всё изложенное о магнитных характеристиках материалов относится к замкнутой магнитной цепи без воздушного зазора, например к тороидальным сердечникам из ленты.

Однако на практике в большинстве случаев магнитная цепь содержит воздушный зазор, обладающий большим магнитным сопротивлением. Наличие воздушного зазора в магнитопроводе существенно изменяет зависимость .