3.1.1. Гистерезис

Если магнитный материал подвергается полному циклу намагничивания и размаг­ничивания, кривая перемагничивания выглядит, как показано на рис. 3.2. При полностью размагниченном материале начало движения происходит от точки 0. По мере возрастания Н индукция В возрастает по пунктирной линии на рисунке до точки насыщения, где индукция равна Bs. При постепенном снижении Н индукция перемещается к точке Вг, где Н равно нулю, но сердечник еще намагничен. Поток в этой точке носит название остаточного потока, индукция при этом равна Вг. Теперь при сниже­нии индукции меняется знак намагничивающей силы Н. Намагничивающая сила, требуемая для уменьшения Вг до нуля, называется коэрцитивной силой (Нс). Практически намагничивание сердеч­ника в работающем устройстве никогда не проис­ходит по кривой начального намагничивания (пун­ктирная кривая на рис. 3.2), поскольку сердечник полностью не размагничен с самого начала про­цесса. Показанная на рис. 3.2 сплошная кривая называется также петлей гистерезиса.

Петля гистерезиса показывает энергию, теряе­мую в сердечнике. Площадь кривой гистерезиса — это энергия, теряемая в материале сердечника за один период. Если обмотка сердечника находится под переменным напряжением, потери на гистерезис зависят от частоты.

В, Тл

Рис. 3.2. Кривая намагничивания и петля гистерезиса

Потери на гистерезис это только часть потерь в материале сердечника, находящего­ся в переменном магнитном поле. Переменный поток наводит (индуктирует) внут­ри самого материала сердечника малые электрические токи, известные как вихре­вые. Величина этих токов зависит от частоты и индукции, а также от электрическо­го сопротивления материала, толщины листа или ленты металлического сердечника. Увеличивая частоту, можно наблюдать, что кривая В—Н расширяется, что показа­но на рис. 3.3. Расширение петли гистерезиса обусловлено вихревыми токами, ко­торые создаются магнитным потоком, проходящим через материал сердечника.

Рис. 3.3. Изменение кривой гистерезиса с ростом частоты (динамическая петля гистерезиса)

Магнитный поток индуцирует напряжение и создает ток, проходящий вокруг сило­вой линии магнитного поля, как показано на рис. 3. 4. Толщина металлического листа или ленты влияет на ток: чем толще металл, тем больше ток. Значение вихре­вого тока является также функцией индуцируемого в сердечнике напряжения и сопротивления магнитного материала. Вихревые токи можно уменьшить, применяя в сердечнике металл меньшей толщины или магнитный материал с более высо­ким удельным сопротивлением. Если толщина ленты из электротехнической стали уменьшается, то уменьшается сопротивление вихревому току, при этом резко сни­жается наводимое напряжение. Поэтому уменьшается мощность, теряемая во всем сердечнике.

Линии магнитного потока

Рис. 3.4. Создание вихревого тока в магнитном материале

Общие потери в сердечнике представляют собой сумму потерь на гистерезис и вихревые токи. Обычно потери определяются через удельные потери материала (Вт/кг или Вт/см3), имеющего определенную толщину в случае сердечника из ме­талла, работающего при заданных индукции и частоте.