Ферромагнитных материалах

Область применения управляемых ферромагнитных элементов отличается от области применения управляемых цепей, рассмотренных в предыдущей главе, диапазонами рабочих мощностей и частот. Ферромагнитные элементы обычно применяются для управления относительно большими мощностями с помощью сигналов малой мощности при сравнительно невысоких частотах.

В данной главе рассматриваются принципы работы основных типов управляемых ферромагнитных элементов. Более подробное изучение их свойств, схем и методов расчета этих элементов относится к специальным дисциплинам.

6-3. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТ С ПОМОЩЬЮ УПРАВЛЯЕМЫХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Нелинейность характеристик ферромагнитных элементов позволяет осуществлять преобразование гармонического состава магнитного потока и сигнала.

ферромагнитных элементов............. 195

Насыщение стали учитывается введением нелинейных магнитных сопротивлений ферромагнитных элементов* эквивалентной схемы замещения. К ним относятся магнитные сопротивления ярм Rai, R,2 и полюсов Лв1, Ru2 статора и ротора. Замыкание магнитного потока рассеяния частично по зубу (полюсу) магнитопровода делает магнитные сопротивления Л,! и R,2 также нелинейными. Таким образом, задача расчета магнитных проводимостей потоков рассеяния и взаимной индукции ЭДН является линейной с нелинейными граничными условиями, зависящими от потоков в элементах. Изменение геометрических размеров участков магнитной цепи с изменением угла между магнитными осями обмоток статора и ротора ф = Q/p также влияет на магнитное

В основе действия ферромагнитных элементов находится явление магнитного насыщения ферромагнитных материалов и связанная с ним нелинейная зависимость 5 = /(Я) магнитной индукции от напряженности поля в ферромагнитных сердечниках (см. §3.3).

Перечисленные устройства в структурных схемах автоматических систем занимают промежуточное положение, так же как электромеханические элементы, рассмотренные в предыдущем параграфе. Однако надо отметить существенное преимущество ферромагнитных элементов, которое заключается в отсутствии подвижных частей, вследствие чего они имеют практически неограниченный срок службы, не требуют постоянного ухода, обладают высокой надежностью.

Магнитные усилители. Из всех ферромагнитных элементов автоматики магнитные усилители имеют наиболее широкое и разнообразное применение. Их изготовляют в большом диапазоне мощностей и применяют как в точных измерительных устройствах мощностью в несколько долей ватта, так и в схемах автоматического управления крупными установками и машинами. К тем преимуществам, которые ранее отнесены ко всем ферромагнитным элементам, в отношении магнитных усилителей можно добавить возможность усиления очень слабых сигналов постоянного тока (до 10~19 Вт), большой коэффициент усиления по мощности (103—106 в одном каскаде), более высокий к.п.д., чем у электронных и электронно-ионных усилителей, и др.

Область применения управляемых ферромагнитных элементов отличается от области применения управляемых цепей, рассмотренных в предыдущей главе, диапазонами рабочих мощностей и частот. Ферромагнитные элементы обычно применяются для управления относительно .большими мощностями с помощью сигналов малой мощности

В данной главе рассматриваются принципы работы основных типов управляемых ферромагнитных элементов. Более подробное изучение их свойств, схем и методов расчета этих элементов относится к специальным дисциплинам.

Рассеяние магнитных полей дефектами в ферромагнитных материалах составляет основу магнитной дефектоскопии. Возмущения магнитных полей, вносимые дефектами, можно обнаружить различными измерительными преобразователями: гальваномагнитными (холловскими), феррозондовыми, индукционными, а также магнитными порошками и суспензиями. Магнитные дефектоскопы позволяют обнаруживать мелкие дефекты в объектах из ферромагнитных материалов.

Магнитный гистерезис. В ферромагнитных материалах благодаря их особому строению магнитные поля, вызванные вращением электронов вокруг собственной оси, взаимодействуют друг с другом, образуя участки, подобные мельчайшим магнитикам. В обычных условиях такие элементарные магнитики расположены беспорядочно и ферромагнитное тело, например, сталь не проявляет магнитных свойств. Если сталь поместить во внешнее магнитное поле (например, созданное электрическим током), то элементарные магнитики располагаются вдоль внешнего поля. Магнитные поля отдельных магнитиков будут складываться, создавая собственное (внутреннее) магнитное поле. Сталь окажется намагниченной.

вые токи и гистерезис. Потери в ферромагнитных материалах определяются по схеме 10-15, б.

Основное назначение компенсаторов переменного тока — применение их для исследования маломощных цепей переменного тока. С их помощью можно непосредственно измерять s. д. с. и напряжение, а косвенным методом — ток, магнитный поток, индукцию, напряженность магнитного поля, полные, активные и реактивные сопротивления электрических и магнитных цепей, потери в ферромагнитных материалах и т. п.

Основное назначение компенсаторов переменного тока — применение их для исследования маломощных цепей переменного тока. С их помощью можно непосредственно измерять э. д. с. и напряжение, а косвенным методом — ток, магнитный поток, индукцию, напряженность магнитного поля, полные, активные и реактивные сопротивления электрических и магнитных цепей, потери в ферромагнитных материалах и т. п.

Электромагнитное поле характеризуется наличием в определенной области пространства взаимосвязанных электрического и магнитного полей. Оно создается токами, протекающими по проводникам или обмоткам, а также микротоками в ферромагнитных материалах (постоянные магниты).

Для расчета магнитопроводов, трансформаторов, электрических машин и аппаратов необходимо иметь данные о потерях на вихревые токи и гистерезис. Определение потерь в ферромагнитных материалах выполняется по схеме, показанной на 10-16,6.

Ферромагнетики обладают особым свойством — способностью намагничиваться в магнитном поле. Стержень из ферромагнитного материала, например, помещенный в магнитное поле катушки, через которую протекает ток, намагничиваясь, начинает проявлять сильные магнитные свойства. Сущность происходящего процесса связана с электрическими токами в веществе (преимущественно с вращением электронов вокруг своей оси, получившей название спина электрона). У ферромагнетиков магнитные свойства обусловлены собственными (спиновыми) магнитными моментами электронов. При определенных условиях в кристаллах могут возникать обменные силы, в результате которых магнитные моменты электронов ориентируются параллельно друг другу, и возникают области спонтанного (самопроизвольного) намагничивания, называемые доменами. В пределах каждого из доменов ферромагнетик спонтанно намагничен до насыщения и имеет определенный магнитный момент. Направления магнитных моментов отдельных доменов (областей) различны, вследствие чего в отсутствие внешнего поля суммарный момент ферромагнетика равен нулю. Под действием внешнего поля намагниченные области ориентируются в направлении поля и тем самым во много раз усиливают внешнее поле. Когда все области спонтанного намагничивания сориентируются вдоль внешнего поля, наступает насыщение ферромагнетика. Поэтому значение магнитной проницаемости для ферромагнитных материалов значительно больше, чем для неферромагнитных. А следовательно, в ферромагнитных материалах при одной и той же напряженности магнитного поля магнитная индукция также во много раз больше, чем в неферромагнитных материалах. Большая магнитная проницаемость ферромагнетиков используется для того, чтобы усиливать магнитные поля в электрических машинах и аппаратах.

В-третьих, М. О. Доливо-Добровольским были предложены и осуществлены новые методы электрических и магнитных измерений. Следует особо отметить его предложение измерять потери в ферромагнитных материалах при их перемагничивании при помощи ваттметра.

В ферромагнитных материалах реализуется такая доменная структура, для которой полная свободная энергия системы является минимальной.

Полные потери в ферромагнитных материалах определяют при максимальном значении индукции, величина которой рассчитывается по формуле