Динамические петли гистерезиса

При быстром перемагничивании в толще магнитного материала появляются вихревые токи и магнитная вязкость.

Если по катушке со стальным сердечником проходит переменный ток, в сердечнике возникает переменный поток, под действием которого в листах сердечника образуются вихревые токи. Пусть магнитный поток Ф, увеличиваясь, направлен вдоль листа. В плоскости листа, перпендикулярной магнитному потоку, по закону электромагнитной индукции наводится э.д.с, вызывающая в нем ток, который называется вихревым.

Вихревые токи по закону Ленца стремятся создать поток, встречный по отношению к вызываемому их потоку, что влечет за собой уменьшение магнитной проницаемости. Данное явление называется поверхностным эффектом.

Вихревые токи создают м.д.с, направленную навстречу м.д.с. обмотки. Поэтому ток в обмотке должен быть тем больше, чем сильнее вихревые токи. Напряженность, вычисленная по току в обмотке, больше чем напряженность, определенная по статической петле гистерезиса для одних и тех же значений индукции. Это значит, что петля гистерезиса расширяется при переменном токе. Такие петли называются динамическими (рис. 39).

Для ослабления поверхностного эффекта сердечники набирают из листового материала, разделенного тонким слоем изолятора (лак, оксид магния), который препятствует прохождению вихревых токов. Поверхностный эффект проявляется тем сильней, чем больше частота перемагничивания (см. рис. 39) и чем больше удельная проводимость и магнитная проницаемость материала, соответствующая статической петле гистерезиса.

Магнитная вязкость проявляется в запаздывании мгновенных значений индукции от ее значений, соответ-ствующих статической петле гистерезиса.

Все магнитные материалы можно разделить на магни-тотвердые и магнитомягкие.

Магнитотвердые материалы используют для изготов-ления постоянных магнитов. Они обладают большой пло-щадью гистерезисной петли (кривая 1 рис. 40).

Н апряженность Нс – десятки и сотни А/см. В группу магнитотвердых материалов входят углеро-дистые стали, вольфра-мовые стали, платиноко-бальтовые сплавы.

М агнитомягкие мате-риалы используют для изготовления элементов, в которых поля создаются токами в обмотках. Магнитомягкие материалы обладают круто поднимающейся кривой намагничивания и относительно малыми площадями гистерезисных петель. Напряженность Нс – десятые и сотые доли А/см (кривая 2 на рис. 40).

Магнитотвердые материалы делятся на закритические и докри-тические, их отличают вид кривой размагни-чивания и самой петли гистерезиса. У закритических материалов колено левой части петли гистерезиса лежит в третьем квадранте, а ее участок в пределах второго квадранта прямолинеен (кривая 1 на рис. 41).

Рис. 41

У материалов докритических колено левой части петли гистерезиса лежит во втором квадранте, и вид кривой в этом квадранте описывается гиперболой.

К закритическим материалам относятся ферриты марок 6БИ240, 15БА300, материал марки КС37 на основе интерметаллического соединения “самарий- кобальт”.

К докритическим материалам относятся сплавы типа альнико и монокристаллы. Например, марки ЮН14ДК24, ЮНДК3575АА, ЮНДК40Т8.

Магнитотвердые материалы, колено кривых которых находится на границе второго и третьего квадрантов, называются критическими. Например, марки 18БА220, 22БА220.

Важнейшими параметрами кривых размагничивания являются остаточная индукция Вr и коэрцитивная сила Нс. Магнитной твердостью называется отношение:

.

Магнитомягкие материалы делятся на три группы:

- электротехнические стали;

- сплавы на основе железа с другими металлами (никель, кобальт, алюминий);

- ферриты (неметаллические ферромагнетики).

Электротехнические стали наиболее дешевы и имеют большие индукции насыщения (1,8–2,3 Т). Но так как коэрцитивная сила относительно большая Нс=0,1–0,15 А/см, то чувствительность элементов к изменению внешнего поля невелика.

Для магнитных цепей постоянного тока (реле, электромагниты) применяют низкоуглеродистые электро-технические стали марок Э (низкий сорт),ЭА (средний сорт), ЭАА (высший сорт).

Железоникелевые сплавы (пермаллои) дороже стали в 15–20 раз, имеют меньшие индукции насыщения, но позволяют создавать высокочувствительные магнитные элементы за счет малой коэрцитивной силы и высокой начальной магнитной проницаемости.

Железокобальтовые сплавы (пермендюры) имеют большую индукцию насыщения (до 2,4 Т). Это позволяет создавать магнитные усилители и другие устройства наименьшей массы и габаритов.

Железоалюминиевые сплавы по магнитным свойствам близки к пермаллоям, они обладают повышенной (в 10 – 20 раз больше) износоустойчивостью. Применяют для изготовления магнитных головок.

Ферриты – неметаллические магнитные материалы (твёрдые растворы) – это смесь оксидов железа с оксидами магния, меди и других металлов.

Для сердечников цифровых устройств применяются би- ферриты, т.е. ферриты с двумя металлами, например магний – марганцевые, или литий – натриевые, которые применяют при высоких частотах перемагничивания (сотни кГц), так как большое удельное электрическое сопротивление пре-пятствует эффекту вихревых токов.

Сравнительная характеристика магнитных материалов приведена в табл. 3.

Таблица 3
Материалы	Марка	Нс А/см	BS Т				Р м.кОм	Tk
Электротехни- ческие стали	Э	-	2,3	-	4000	-	-	-
	Э-41	0,35	1,9	300	6000	-	60	750
	Э-320	0,10	2,0	800	30000	-	50	750
Пермаллои	50 нп	0,20	1,5	-	80000	0,93	45	500
	79 нп	0,015	0,85	25000	140000	-	55	450
Пермендюр	50 КФ	0,40	2,35	800	25000	-	34	980
Железоалю- миниевые	16ЮХ	-	0,85	1500	140000	-	145	-
Литий-на- триевый феррит	101П	4,00	0,24	-	-	0,9	4.1010	630
Магний- марганцевый феррит	0,16 ВТ	0,12	0,22	-	-	0,93	5.1010	145