5.3 Магнітні втрати

У змінних магнітних полях перемагнічування феромагнетика супроводжується втратами, що викликають нагрівання матеріалу. У загальному випадку втрати на перемагнічування складаються із втрат на гістерезис, на вихрові струми й магнітну післядію. Як правило, у нагріванні феромагнетика внеском останнього механізму втрат можна знехтувати.

Втрати на гістерезис за один цикл перемагнічування, віднесені до одиниці об'єму речовини, визначаються площею статичної петлі гістерезису, тобто петлі, яка була одержана при повільній зміні магнітного потоку

. (5.7)

Оцінити дані втрати можна за емпіричною формулою

, (5.8)

де - коефіцієнт, що залежить від властивостей матеріалу; В_m – максимальна індукція, що досягається в даному циклі; n – показник ступеня, що приймає значення від 1,6 до 2,0 залежно від В_m.

Вихрові струми виникають у провідному середовищі за рахунок ЕРС самоіндукції, пропорційній швидкості зміни магнітного потоку. Звідси випливає відмінність статичних петель гістерезису від динамічних: якщо статичні петлі характеризують лише втрати на гістерезис, то динамічні включають сумарні витрати на гістерезис і вихрові струми, тобто при намагнічуванні змінним полем петля гістерезису розширюється. Причому втрати на гістерезис за один період зміни зовнішнього поля залишаються постійними в досить широкому діапазоні частот, а втрати на вихрові струми зростають пропорційно частоті.

Важливою характеристикою є потужність, що виділяється в зразку при його перемагнічуванні, тобто енергія, що витрачається в одиницю часу. Потужність витрачається на вихрові струми і визначається за емпіричною формулою

, (5.9)

де V – об’єм зразка; - коефіцієнт, пропорційний питомої провідності речовини й залежний від геометричної форми й розмірів поперечного перерізу зразка, що намагнічується.

Потужність, обумовлена втратами на гістерезис, визначається за наступною формулою

. (5.10)

Для зменшення втрат на вихрові струми необхідно використовувати матеріал з підвищеним питомим опором або збирати осердя з тонких листків, ізольованих один від одного. Потужність, що витрачається на вихрові струми в одиниці маси й виражена у Вт/кг, пов'язана з товщиною листа співвідношенням

, (5.11)

де d - щільність матеріалу.

Втрати на магнітну післядію обумовлені відставанням магнітної індукції від зміни напруженості магнітного поля. Дослідження показують, що спад намагніченості феромагнетиків відбувається не миттєво, а за деякий проміжок часу - від часток мілісекунд до декількох хвилин. Час установлення стабільного магнітного стану істотно зростає зі зниженням температури. Однієї з основних причин магнітної післядії є теплова енергія, що допомагає слабо закріпленим доменним границям долати енергетичні перешкоди, які заважають їх вільному зсуву при зміні поля. Це явище називають магнітною в'язкістю.

Розглянемо еквівалентну схему й векторну діаграму індуктивної котушки з магнітним осердям у вигляді послідовного ланцюга з індуктивності L і активного опору r , еквівалентного всім видам втрат на перемагнічування (рисунок 5.4). Власною ємністю й опором обмотки індуктивної котушки зневажаємо.

Кут називається кутом магнітних втрат. З векторної діаграми виходить, що тангенс кута магнітних втрат дорівнює