Магнитномягкого материала

Из большого числа магнитномягких материалов рассмотрим некоторые, наиболее характерные: чистое железо с крайне малыми примесями (электролитическое железо), стали, легированные кремнием, а также сплавы железа с никелем.

В табл. 12-1 приведены характеристики магнитномягких материалов, упомянутых выше.

При 'исследовании ферромагнитных материалов обычно снимают не всю кривую гистерезисного цикла, а наиболее характерные ее точки и участки. Так, для магнитномягких материалов определяют точки, соответствующие начальной и максимальной проницаемости, индукции насыщения и остаточной индукции, и если материал будет работать в постоянном поле, также коэрцитивную силу (при испытании материалов, предназначенных для работы в переменных магнитных полях, определяют также мощность, затрачиваемую полем на перемагничивание материала). У магнитнотвердых материалов определяют индукцию насыщения, остаточную индукцию и коэрцитивную силу; иногда определяют также точки спинки кривой размаг-ничения.

В группу магнитномягких материалов входят электротехнические стали, железоникелевые сплавы типа пермаллоя и др.

§ 15.51. Расчет электрических цепей, содержащих индуктивные катушки, сердечники которых имеют, почти прямоугольную кривую намагничивания. Кривые намагничивания некоторых высококачественных магнитномягких материалов, например 65НП, 68НМП и др., близки по форме к прямоугольной: на участке О —а 15.33, а кривая почти совпадает с осью ординат, а на участке а — Ъ расположена почти параллельно оси абсцисс.

Для магнитномягких материалов разница между Hcj и НсВ не имеет практического значения, для современных же магнитнотвердых и некоторых специальных материалов расхождение между указанными величинами может быть достаточно заметным. Особенно это ощутимо для материалов, у которых относительно небольшая Вг и большая коэрцитивная сила.

Некоторые виды магнитномягких материалов, особенно обладающие высокой проницаемостью, в сильной степени чувствительны к механическим напряжениям, которые не должны быть при испытании образцов. Магнитные свойства таких материалов существенно изменяются (ухудшаются) даже под весьма слабым воздействием, которое возникает при намотке на образец намагничивающей или измерительной обмотки. В этих случаях, например при испытании кольцевого образца, его помещают в тороидальный футляр и уже на него навивают обмотки.

Второй источник систематических погрешностей заложен в самом принципе метода, требующем скачкообразного изменения магнитного потока. При определении отдельных точек гистерезисной петли скачкообразно изменяют намагничивающий ток от некоторого наибольшего значения 1т в данном опыте до меньшего значения, размыкая с помощью рубильника и переключателя отдельные участки намагничивающей цепи. Образующаяся при таких размыканиях электрическая дуга вызывает появление колебательного процесса в намагничивающей цепи. Если при этих колебаниях мгновенные значения тока (напряженности поля) превысят установившееся значение тока /ь то измеренная индукция при данном скачке будет преуменьшенной, и полученная точка окажется не на нормальной гистерезисной петле, а внутри нее. Наиболее заметные искажения петли наблюдаются при испытании магнитномягких материалов для точек петли, соответствующих малым значениям напряженности поля во втором и третьем квадрантах. Одним из средств уменьшения указанной погрешности является применение такой намагничивающей цепи, в которой необходимые скачки тока осуществлялись бы не выключением, а включением соответствующих коммутирующих элементов. Для уменьшения вредного влияния электрической дуги прибегают также к общеизвестным средствам гашения дуги с помощью конденсаторов.

Как уже указывалось, для испытания магнитномягких материалов, преимущественно при повышенных и высоких частотах в слабых магнитных полях, широко используются мостовые цепи. По данным измерения активного сопротивления гх и индуктивности LX рассчитывают тангенс угла потерь:

1) установка У5018, предназначенная для определения динамических характеристик кольцевых образцов магнитномягких материалов. В ней используются описанные ранее методы с применением вольтметров и ампермегра для определения основных динамических кривых намагничивания и дополнительно электронного ваттметра для измерения потерь. В состав установки входит также двухлучевой электронный осциллограф, позволяющий наблюдать и фотографировать динамические кривые перемагнйчивания, кривые магнитного потока и напряжен-

Феррометр предназначен для испытания магнитномягких материалов на переменном токе частотой 50 гц.

либо магнитномягкого материала семейство статических петель гистерезиса, то вершины петель расположатся на кривой, называемой основной кривой намагничивания ] данного материала. Эти кривые часто называются просто кривыми намагничивания и приводятся в справочниках. В качестве примера на рис 2-3 приведены такие кривые намагничивания.

Магнитодиэлектрики — материалы, состоящие из смеси магнитномягкого материала (карбонильное железо, пермаллои, альсиферы) с каким-либо органическим или неорганическим диэлектриком (эпоксидная или бакелитовая смола, полистирол, жидкое стекло и др.).

В реальных условиях использования постоянного магнита в его зазор вводятся дополнительные детали из магнитномягкого материала. Так, например, в зазоре постоянного магнита в измерительном приборе магнитоэлектрической системы (см. 2.12) расположены ферромагнитные полюсные наконечники и цилиндрический сердечник. Введение этих деталей вызывает уменьшение зазора и его магнитного сопротивления. Магнитным сопротивлением самих деталей можно пренебречь.

Все эти расчеты весьма упрощаются, если прямые участки кусоч линейной аппроксимации могут быть взяты совпадающими с ося координат. Далее эта задача решается для тороидальной катуи с сердечником из магнитномягкого материала, имеющего почти пря угольную кривую намагничивания В (Я) с узкой петлей гистерез; ( 14.8, а). В первом приближении ей соответствует прямоуголы зависимость 4я (i) с вертикальным 1-2 и двумя горизонтальными и 4-1 участками ( 14.8, б).

В [Л. 14] предложена и всесторонне проанализирована обобщенная электрическая машина ( 2-27,а), представляющая собою два концентрических цилиндра из магнитномягкого материала с воздушным зазором между ними. Один из цилиндров (статор) неподвижен, другой (ротор) может вращаться. На одном из цилиндров (статоре) могут иметься полюсные выступы, при этом второй цилиндр (ротор) гладкий. Наличие полюсных выступов учитывается введением радиальной магнитной проницаемости, изменяющейся в пространстве по закону

В ряде устройств тело из магнитного материала, имеющее ограниченные размеры, оказывается помещенным во внешнее магнитное поле, занимающее значительно больший объем, чем объем тела. Примерами могут служить сердечники логометров и подвижные сердечники из магнитномягкого материала реле, а также образцы магнитных материалов при испытании их путем определения магнитного момента (с помощью магнитометров). В магнитоэлектрических приборах с неподвижной катушкой, в компасах подобные сердечники являются постоянными магнитами. В таких случаях сердечник или образец представляет собой небольшой цилиндр, призму или ограниченное тело какой-либо другой конфигурации.

Во втором случае (т. е. когда магнит намагничивают отдельно от конструкции) воздушный зазор магнита при намагничивании замыкают перемычкой из магнитномягкого материала. После включения намагничивающего тока соответствующего значения и последующего его выключения состояние магнита характеризуется остаточной индукцией BJn. Затем после удаления магнита из намагничивающего устройства и снятия перемычки его состояние определяется коэффициентом размагничения, который значительно больше коэффициента размагничения магнита в рабочем состоянии. Предположим, что после установки магнита на место коэффициент размагничения определяется прямой ON ( 12-25, б), а в разомкнутом виде — прямой ON'. Тогда после удаления магнита из намагничивающего устройства его состояние определится точкой А, а после установки на место в магнитопро-вод — точкой Р (пересечение прямой возврата с прямой ON). В дальнейшем при воздействии внешнего поля состояние магнита будет характеризоваться точками прямой возврата.

стали, сплавы магнико, вольфрамовые и платинокобальтовые сплавы и др. Из магнитнотвердых материалов выполняют постоянные магниты. 'На рис, 14.4, б качественно сопоставлены гистерезисные петли для магнитномягкого материала типа пермаллоя (кривая /) и для магнит-нотвердого материала (кривая 2).

§ 14.22. Прямая и коэффициент возврата. Частично заполним зазор б на длине /м с ( 14.18,6) куском магнитномягкого материала. Под действием поля постоянного магнита внесенный кусок намагнитится и поток в теле магнита возрастет.

Если же сердечник изготовлен из тонких листов высококачественного магнитномягкого материала, то потери в сердечнике малы, а сопротивление Rr. ъ = U2/Pf_ B очень велико и потому ветвь с сопротивлением Rt „ можно не учитывать, т. е. считать, что ее нет. Часто вводят еще одно упрощение: полагают активное сопротивление обмотки Ro6 настолько небольшим, что с падением напряжения в нем можно не считаться. Аналогичное упрощение часто делалось и при расчете линейных индуктивностей. В этом случае сопротивление катушки со стальным сердечником оказывается чисто индуктивным (соответствующая схема замещения представлена на 15.3, б).

Для исследования постоянных магнитов можно воспользоваться пермеаметром. Испытуемый образец, полностью размагниченный, с помещенной на его нейтрали измерительной катушкой, соединенной с веберметром, вставляется в намагничивающую катушку пермеаметра. При этом магнитная цепь замыкается магнитномягким железом без зазоров. В намагничивающую катушку дается ток, намагничивающий магнит до насыщения и вызывающий отклонение указателя веберметра почти на всю шкалу. Через 3—4 сек намагничивающий ток выключается и указателем веберметра дается меньшее отклонение, показывая падение магнитной индукции до точки Вг, соответствующей Н = 0 (см. 22-6 и 22-11). Так как магнит находится в полностью замкнутой цепи из магнитномягкого материала и в это время нет никаких намагничивающих или размагничивающих влияний, то показания веберметра в этой точке будут прямо пропорциональны полному потоку в магните, а так как сечение магнита постоянно, то и его остаточной индукции Вг. Затем в намагничивающую катушку дается небольшой размагничивающий ток, вызывающий уменьшение отклонения указателя веберметра.