4. Потери в магнитных материалах

Перемагничивание ферромагнетиков в переменном магнитном поле сопровождается потерями энергии, которые вызывают нагревание материала. Вообще потери на перемагничивание состоят из потерь на гистерезис, вихревые токи и магнитную вязкость. Влиянием последних на разогрев ферромагнетика можно пренебречь.

Потери на гистерезис обусловлены необратимыми процессами перемагничивания, то есть перестройкой доменной структуры вещества. Они пропорциональны площади петли гистерезиса за один цикл перемагничивания и прямо пропорционально зависят от частоты приложенного магнитного поля

, (4.7)

где η − коэффициент, который зависит от свойств материала;

B_m - максимальная индукция, которая достигается за цикл перемагничивания;

п − показатель степени, которая изменяется от 1,6 до 2;

 − угловая частота поля;

V − объем материала.

В пределах слабых полей потери на гистерезис незначительные и растут с увеличением поля. Для уменьшения потерь на гистерезис необходимо использовать материалы с малой коэрцитивной силой (магнитомягкие материалы).

Вихревые токи возникают в замкнутом проводящем контуре, за счет э.д.с. самоиндукции, которая пропорциональна скорости изменения магнитного потока. При этом мощность тратится на нагрев сердечника. Мощность потерь на вихревые токи резко растет с увеличением частоты переменного поля

, (4.8)

где ξ − коэффициент, который зависит от удельного сопротивления материала и геометрических размеров образца.

Для снижения потерь на вихревые токи необходимо использовать материал с повышенным сопротивлением. Этого можно достичь, собирая сердечник из тонких пластин, которые изолированы одна от другой, или используя для изготовления сердечника материал с высоким удельным сопротивлением. Первый метод эффективен на низких частотах, в частности для электротехнической стали, а второй − на высоких частотах, в этом случае для изготовления сердечника трансформатора используют ферриты.

5 Магнитная проницаемость

Поскольку основная кривая намагничивания нелинейная, есть несколько методов определения магнитной проницаемости.

Статическая магнитная проницаемость

. (4.9)

Она характеризует магнитные свойства материала в постоянных магнитных полях.

Динамическая (дифференциальная) магнитная проницаемость

(4.10)

определяется как тангенс угла наклона касательной к кривой намагничивания к данной точке и характеризует магнитные свойства вещества при данной напряженности магнитного поля.

Вферромагнетиках магнитная проницаемость является функцией напряженности внешнего магнитного поля (рис.4.6).

Начальная магнитная проницаемость определяется наклоном касательной (секущей) на начальном участке основной кривой намагничивания и характеризует магнитные свойства вещества в слабых магнитных полях

. (4.11)

Максимальная магнитная проницаемость

. (4.12)

Обратимая или реверсивная, магнитная проницаемость

, (4.13)

характеризует магнитные свойства вещества при одновременном действии постоянного и слабого переменного магнитного поля (рис.4.7). Изменение магнитного состояния в этом случае характеризуется частной петлей гистерезиса, которая вызывает приращение индукции ΔB_~ при приращении напряженности магнитного поля ΔH_~ и фиксированном поле подмагничивания H₌.