Магнитомягких материалов

Сравнивая петли гистерезиса обеих групп материалов, можно отметить, что форма петли, индукция насыщения и остаточная индукция примерно одинаковы, а разница в коэрцитивной силе достигает очень большой величины. Так, для промышленных магнитомягких материалов наименьшая Нс « 0,4 А/м, а для магнитотвердых — наибольшая Нс « 800 кА/м, т. е. они различаются более чем в миллион раз. Другими словами, магнитомягкие материалы имеют узкую петлю гистерезиса с небольшой коэрцитивной силой, а магнитотвердые — широкую петлю с большой коэрцитивной силой.

Частотный диапазон применения различных групп магнитомягких материалов в значительной степени определяется величиной их удельного электрического сопротивления. Чем оно больше, тем на более высоких частотах можно использовать материал. Это объясняется тем, что при малых значениях удельного сопротивления с повышением частоты могут недопустимо возрасти вихревые токи, и следовательно, потери на перемагничивание. В постоянных и низкочастотных (до сотен герц и единиц килогерц) полях применяют металлические магнитомягкие материалы: технически чистое железо (низкоуглёродистые электротехнические стали), электротехнические (кремнистые) стали и пермаллои — железоникелевые и железоникелькобальтовые сплавы. На повышенных и высоких частотах используют в основном материалы, удельное сопротивление которых соответствует значениям, характерным для полупроводников и диэлектриков. К таким материалам относятся магнитомягкие ферриты и магнитодиэлектрики. Иногда на повышенных частотах и особенно при работе в импульсном режиме применяют также металлические материалы тонкого проката (до нескольких микрометров).

Наибольшее распространение на практике, а также в научных исследованиях получили ферромагнитные и ферримагнитные материалы (ферриты), отличающиеся от других материалов сильно выраженными магнитными свойствами. Все магнитные материалы принято подразделять на магнитомягкие и магнитотвердые. Магнитомягкие материалы легко намагничиваются и легко размагничиваются, а маг-ннтотвердые — наоборот.

Магнитомягкие материалы обладают круто поднимающейся основной кривой намагничивания и относительно малыми площадями гистеризисных петель. Для магнитотвердых материалов характерны пологость основной кривой намагничивания и большая площадь гистеризисной петли. На 3.11, а—в приведены петли гистерезиса для различных материалов.

Магнитомягкие материалы обладают круто поднимающейся основной кривой намагничивания и относительно малыми площадями гистерезисных петель. Их применяют во всех устройствах, которые работают или могут работать при периодически изменяющемся магнитном потоке (трансформаторах, электрических двигателях и генераторах, индуктивных катушках и т. п.).

Некоторые магнитомягкие материалы, например перминвар, сплавы 68НМП и др., обладают петлей гистерезиса по форме, близкой к прямоугольной ( 14.4,а). Такие материалы получили распространение в вычислительных устройствах и устройствах автоматики.

6-2. МАГНИТОМЯГКИЕ МАТЕРИАЛЫ

6-2. Магнитомягкие материалы................ 294

в) Разные магнитомягкие материалы........... 299

В зависимости от назначения к ферромагнитным материалам предъявляются различные требования. Необходимо, чтобы ферромагнитные материалы, работающие в переменном магнитном поле, имели малую коэрцитивную силу (и соответственно узкую петлю гистерезиса). Такие материалы называются магнита мягкими. Для магнитомягких материалов Нс < 200 А/м. Основными материалами этой группы являются электротехническая сталь, содержащая кремний, сплавы железо — никель типа пермаллоя и др. Магнитомягкие материалы применяют в качестве магнитопроводов в электрических машинах, трансформаторах и приборах, т. е. в качестве магнитных цепей, в которых создается магнитный поток. Использование магнитомягких материалов для электрических машин переменного тока и трансформаторов уменьшает потери мощности в ферромагнитных сердечниках, а применение магнитомягких материалов с малой Вг в электрических машинах постоянного тока позволяет в широких пределах изменять магнитный поток.

Магнитомягкие материалы с прямоугольной петлей гистерезиса, получаемой за счет специальной технологии обработки, обладают малым значением Яс и большой Вг, близкой к Bs. Эти материалы широко применяют в вычислительной технике и устройствах автоматики.

Сравнивая петли гистерезиса обеих групп материалов, можно отметить, что форма петли, индукция насыщения и остаточная индукция примерно одинаковы, а разница в коэрцитивной силе достигает очень большой величины. Так, для промышленных магнитомягких материалов наименьшая Нс « 0,4 А/м, а для магнитотвердых — наибольшая Нс « 800 кА/м, т. е. они различаются более чем в миллион раз. Другими словами, магнитомягкие материалы имеют узкую петлю гистерезиса с небольшой коэрцитивной силой, а магнитотвердые — широкую петлю с большой коэрцитивной силой.

Частотный диапазон применения различных групп магнитомягких материалов в значительной степени определяется величиной их удельного электрического сопротивления. Чем оно больше, тем на более высоких частотах можно использовать материал. Это объясняется тем, что при малых значениях удельного сопротивления с повышением частоты могут недопустимо возрасти вихревые токи, и следовательно, потери на перемагничивание. В постоянных и низкочастотных (до сотен герц и единиц килогерц) полях применяют металлические магнитомягкие материалы: технически чистое железо (низкоуглёродистые электротехнические стали), электротехнические (кремнистые) стали и пермаллои — железоникелевые и железоникелькобальтовые сплавы. На повышенных и высоких частотах используют в основном материалы, удельное сопротивление которых соответствует значениям, характерным для полупроводников и диэлектриков. К таким материалам относятся магнитомягкие ферриты и магнитодиэлектрики. Иногда на повышенных частотах и особенно при работе в импульсном режиме применяют также металлические материалы тонкого проката (до нескольких микрометров).

Важно, чтобы магнитные свойства материалов мало зависели от механических напряжений. Чем меньше эта зависимость, тем больше материал можно обжать при сборке сердечника, т. е. тем выше будет коэффициент заполнения. Зависимость свойств от механических напряжений характерна для большинства магнитомягких материалов. Наиболее значительно меняются при этом начальная и максимальная проницаемость и коэрцитивная сила. Проницаемость в сильных полях и магнитная индукция насыщения от механических напряжений зависят мало. Механические напряжения существенно влияют на свойства пермаллоев.

Магнитопроводы изготовляют из магнитомягких материалов, т. е. обладающих малой коэрцитивной силой: из электротехнических сталей марок Э41, Э310, Э320, Э340, Э350 и др.; железони-келевых сплавов 38НС, 45Н, 50НП, 79НМ, 80НХС и др.; магнито-диэлектриков и ферритов [7].

Для изготовления стандартных образцов магнитомягких материалов в настоящее время применяются электротехнические стали, свойства которых изучены и систематизированы наиболее полно.

На 10.15 изображена полученная опытным путем зависимость магнитного потока в магнитопроводе от количества ампер-витков его обмоток. Это усредненная кривая, характерная для магнитомягких материалов.

Для изготовления стандартных образцов магнитомягких материалов в настоящее время применяются электротехнические стали, свойства которых изучены и систематизированы наиболее полно.

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

§ 15.51. Расчет цепей, содержащих индуктивные катушки, сердечники которых имеют почти прямоугольную кривую намагничивания. Кривые намагничивания некоторых высококачественных магнитомягких 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 — b расположена почти параллельно оси абсцисс.

Кремний вводят в сталь в виде ферросилиция, содержащего минимум углерода, являющегося весьма вредной примесью для кремнистой электротехнической стали, как и для других магнитомягких материалов. Кремний является полезной присадкой и с чисто технологической точки зрения: он хороший раскислитель, улучшает структуру, связывая часть растворенных газов и переводя кислород в прочные, не восстанавливаемые углеродом окислы, что благоприятно сказывается на магнитомягких свойствах. Добавки кремния

К числу магнитомягких материалов относится технически чистое железо, довольно широко применяемое в аппарате- и приборостроении в качестве сердечников и полюсных башмаков электромагнитов, магнитопроводов идеталей реле, измерительных приборов, мембран в телефонии, магнитных экранов, в производстве магнитодиэлектриков и пр.