15.1.1. Низкочастотные магнитомягкие материалы

Стержни (магнитопроводы) из магнитомягких материалов, при­меняемые в переменных полях, изготавливают не монолитными (из одного куска), а набирают из пластин или навивают из ленты, имеющие электроизоляционные покрытия. Это делают для увеличения электрического сопротивления стержня и тем самым уменьшают по­тери на вихревые токи. У таких стержней коэрцитивная сила, маг­нитная проницаемость и магнитные потери будут непосредственно зависеть от толщины листа (ленты): с уменьшение толщины измель­чается зерно и возрастает коэрцитивная сила и, следовательно, воз­растают потери на гистерезис; магнитная проницаемость и электро­проводность при этом уменьшаются и, следовательно, уменьшаются потери на вихревые токи.

Магнитные свойства материалов зависят не только от толщины листа, но также от частоты магнитного поля. С увеличением частоты тока потери на гистерезис возрастают пропорционально частоте в первой степени (см. формулу (14.14)), а потери на вихревые токи─пропорционально частоте во второй степени (см. (14.15)). При неко­торой частоте потери на вихревые токи начнут преобладать над поте­рями, вызванными гистерезисом, и фактически будут определять ве­личину полных магнитных потерь. Поэтому для каждого магнитного материала толщина листа (ленты) определяется частотой переменного тока, при которой работает сердечник, т.е. каждой частоте соответст­вует определенная толщина листа (ленты), при которой полные маг­нитные потери становятся минимальными. Например, лист металли­ческого магнитомягкого материала толщиной 0,3—0,5 мм применяют для стержней, работающих при частоте 50 Гц, 0,08—0,2 мм — при 400 Гц, 0,05 мм — при 1—20 кГц, 0,001 мм — при 100 кГц.

Таким образом, чтобы снизить потери на вихревые токи, необходимо применять магнитомягкие материалы с высоким удельным электриче­ским сопротивлением или увеличить сопротивление магнитного изделия (например, сердечника) путем покрытия электроизоляционным материа­лом отдельных листов (ленты), из которых его набирают (навивают).

Материалами, ко­торые обладают высоким электрическим сопротивлением и малым значением магнитной индукции, являются также магнитодиэлектрики и ферриты.

МАГНИТОТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Основными характеристиками магнитотвердых материалов явля­ются коэрцитивная сила Hс, остаточная индукция Вs и максимальная удельная магнитная энергия W_M, отдаваемая материалом в простран­ство.

Коэрцитивная сила магнитотвердых материалов на 1—4 десятич­ных порядков больше, чем у магнитомягких, однако магнитная про­ницаемость ц у них меньше; при этом чем больше Hс, тем меньше μ.

Магнитотвердые материалы применяют для изготовления посто­янных магнитов — источников постоянных магнитных полей, ис­пользуемых в различной аппаратуре, устройствах электромагнитной записи, фокусирующих устройствах для телевизоров, микрофонах, электроизмерительных приборах, микроэлектронике, СВЧ-приборах и т.д. Если постоянный магнит в виде кольцевого сердечника, то он практически не отдает энергию во внешнее пространство, так как почти все магнитные силовые линии замыкаются внутри него. В этом случае магнитное поле вне сердечника практически отсутствует. Что­бы использовать магнитную энергию постоянных магнитов, нужно в замкнутом магнитопроводе создать воздушный зазор определенного размера. Тогда на образовавшихся концах возникнут полюсы, создаю­щие размагничивающее поле с напряженностью Hd, снижающее ин­дукцию внутри магнита до Bd, которая меньше остаточной индукции Вr. Остаточная индукция Вr характеризует материал в том случае, ко­гда магнит находится в замкнутом состоянии и предварительно был намагничен до состояния технического насыщения (Bs).

Максимальная удельная магнитная энергия Wм является важней­шей характеристикой при оценке качества магнитотвердых материа­лов. Она изменяется в широком диапазоне: от ~1 кДж/м³ для хроми­стых сталей, закаленных на мартенсит, до ~80 кДж/м³ для сплавов кобальта с редкоземельными элементами, образующими интерметал­лические соединения. Максимальная энергия Wм в воздушном зазоре тем больше, чем больше остаточная индукция Вr, коэрцитивная сила Hс и коэффициент выпуклости кривой размагничивания материала γ:

γ=(BH)mах/(2BrHc) (15.8)

С увеличением прямоугольности петли гистерезиса коэффици­ент выпуклости у приближается к единице.

Магнитный поток постоянного магнита с течением времени уменьшается. Это явление называют старением магнита. Старение может быть обратимым и необратимым.

Обратимое старение происходит под действием ударов, толчков, резких колебаний температуры, воздействия внешних постоянных полей. Оно приводит к снижению Вr на 1—3 %. Магнитные свойства при этом старении можно восстановить путем повторного намагни­чивания