6.4. Потери энергии при перемагничивании

При периодическом перемагничивании материала его домены вслед за переменным внешним магнитным полем поворачиваются, на что затрачивается энергия, выделяющаяся в виде тепла, разогревающего ферромагнитный материал.

Потери энергии, связанные с перемагничиванием материала, называют потерями на гистерезис.

Площадь петли гистерезиса пропорциональна потерям энергии при одном цикле перемагничивания единицы объёма магнитного материала. Действительно, если при построении петли гистерезиса магнитная индукция В выражалась в Тл = В·с/м² , а напряжённость Н — в А/м , то площадь петли гистерезиса соответствует произведению В·Н с единицей измерения

(В·с/м²)·(А/м) = А·В·с/м³ = Вт·с/м³ = Дж / м³ ,

характеризующей потери энергии в кубическом метре магнитного материала.

Потери на гистерезис зависят от магнитных свойств материала и увеличиваются пропорционально его объёму, частоте перемагничивания и В^1,5_макс — наибольшей индукции, до которой намагничивается материал (в полуторной степени).

Изменения магнитного поля при перемагничивании материала вызывают образование в массе материала вихревых токов («токи Фуко»), которые, протекая по магнитному материалу, нагревают его. Потери энергии, связанные с такими токами, называют потерями на вихревые токи.

Удельные потери энергии на вихревые токи за секунду Р_В (Вт/кг) в листовом магнитном материале можно вычислить (6.4):

Р_В = 1,64 h² В²_макс·f² / ( ) , (6.4)

где h — толщина листа , м ;

В_макс — максимальная магнитная индукция , Тл ;

f — частота перемагничивания , Гц ;

 — плотность материала , кг/м³ ;

 — удельное электрическое сопротивление материала, Ом·м .

Д

Рис. 6.7. Конструкции броневого (а) и ленточного (б) сердечников трансформаторов

ля уменьшения потерь на вихревые токи, способных вызвать даже расплавление магнитного материала (так называемый «пожар железа»), магнитопроводы машин и аппаратов, работающих на переменном токе, делают из электротехнической стали с высоким удельным электрическим сопротивлением и не монолитными, а в виде набора листовых деталей толщиной h = 0,1…1 мм (рис. 6.7), изолированных друг от друга тонкой бумагой, лаком или оксидной плёнкой, образующейся при термической обработке стали.

6.5. Классификация ферромагнитных материалов.

П о составу магнитные материалы делят на металлические и неметаллические. К металлическим магнитным материалам относят чистые железо, кобальт, никель и сплавы на их основе, к неметаллическим — магнитные керамики — ферриты.

В зависимости от характеристик магнитные материалы делят на магнитомягкие и магнитотвёрдые.

М

Рис. 6.8 Петли гистерезиса магнитомягких электротехнической стали (а) и пермаллоя (б), магнитотвёрдого сплава альни (в)

агнитомягкие материалы обладают высокими начальной _нач и максимальной _макс магнитными проницаемостями и узкой петлёй гистерезиса с коэрцитивной силой Н_с , меньшей 4 кА/м . Они легко перемагничиваются и имеют малые потери на гистерезис. Такова электротехническая сталь (рис. 6.8, а), которую применяют для изготовления магнитопроводов электрических машин и аппаратов, работающих на переменном токе. Ещё большую магнитную проницаемость и меньшую коэрцитивную силу имеет пермаллой (рис. 6.8, б) — железо-никелевый сплав, который широко используют в устройствах автоматики, радиотехники и электроники.

Магнитомягкие металлические материалы выпускают в виде листов или тонкой ленты, из которых затем вырубают заготовки для набора магнитопроводов электромагнитных аппаратов (см. рис. 6.7). Магнитопроводы малых размеров часто изготовляют методами металлокерамики (порошковой металлургии) и металлопластики.

Сущность первого метода заключается в прессовании деталей из смеси порошков ферромагнитных металлов и сплавов при давлении около 1000 МПа с последующей термообработкой в вакууме.

Второй метод состоит в прессовании деталей из пластичной массы в виде ферромагнитных порошков, замешанных на электроизоляционном связующем. Получаемые таким способом материалы называют магнитодиэлектриками.

Магнитотвёрдые материалы обладают широкой петлёй гистерезиса с коэрцитивной силой Н_с, превышающей 4 кА/м , и значительной остаточной индукцией В_r (рис. 6.8, в). Такие материалы с трудом намагничиваются, но после этого длительно сохраняют намагниченное состояние. Из магнитотвёрдых материалов изготовляют постоянные магниты для измерительных приборов, устройств телефонии и сигнализации, динамических громкоговорителей и некоторых реле.

Детали из металлических магнитотвёрдых материалов изготовляют литьём, ковкой, резанием, шлифованием, а также методами металлокерамики и металлопластики.