Bessonov2 (Бессонов Л.А. - Теоретические основы электротехники), страница 14

Единица намагниченности У и напряженности поля Н вЂ” ампер на метр (А/м), а в системе СГСМ вЂ” эрстед (Э). Стрелка над буквой характеризует вектор в пространстве. Пояснения к формуле (14.11см. в $!4.24, ф 14.3. Основные характеристики ферромагнитных материалов. Свойства ферромагнитных материалов принято характеризовать зависимостью магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н. Различают два основных типа этих зависимостей: кривые намагничивания и гистерезисные петли. Под кривыми намагничивания понимают однозначную зависимость между В и Н.

Кривые намагничивания подразделяют на начальную, основную и безгистерезисную (что будет пояснено далее). Из курса физики известно, что ферромагнитным материалам присуще явление гистерезиса — отставание изменения магнитной индукции В от изменения напряженности магнитного поля Н. Он обусловлен необратимыми изменениями энергетического состояния поддействием внешнего поля Н. При периодическом изменении напряженности поля зависимость между В и Н приобретает петле- ' вой характер.

Различают несколько типов гистерезисных петель — симметричную, предельную и несимметричную (частный цикл). На рис. 14.1 изображено семейство симметричных гистерезисных петель. Для каждой симметричной петли максимальное положительное значение В равно максимальному отрицательному значению В и соответственно Н,„=~ — Н,„~ Геометрическое место вершин симметричных гистерезисных петель называют основной кривой намагничивания. При очень больших Н вблизи -ьН,„восходящая и нисходящая ветви гистерезисной петли практически сливаются.

Предельной гистерезисной петлей или предельным циклом называют симметричную гистерезисную петлю, снятую при очень больших Н,„. Индукцию при Н = О называют остаточной индукцией и обозначают В,. Рис. 14.1 Фесиммстри галерии с ссаси или юсина ци Рис. $4.2 Напряженность поля при В = О называют задерживающей или коэрцитивной силой и обозначают Н,. Участок предельного цикла В,Н, (рис. 14.1) принято называть кривой размагничивания или аспинкои» гистерезисной петли.

Этот участок используют при расчетах магнитных цепей с постоянными магнитами и магнитных элементов запоминающих устройств вычислительной техники. Если изменять Н периодически и так, что +Н,„~Ч вЂ” Н,~ то зависимость между В и Н будет иметь вид петли, но центр петли не совпадает с началом координат (рис. 14.2). Такие гистерезисные петли называют частными петлями гистерезиса или частными циклами. Когда предварительно размагниченный ферромагнитный материал (В = О, Н = О) намагничивают, монотонно увеличивая Н, получаемую зависимость между В и Н называют начальной кривой намагничивания. Начальная и основная кривые намагничивания настолько близ- ц ко расположены друг к другу, что практически во многих случаях,п их можно считать совпадающими ~рис. 14.2). ;". М Безгистерезисной кривой намагничивания называют зависимость между В и Н, возникающую, когда при намагничивании ферромагнитного материала его периодически постукивают или воз- " действуют на него полем, имеющим кроме постоянной составляющей еще и затухающую по амплитуде синусоидальную составляющую.

При этом гистерезис как бы снимается. ~,П Безгистерезисная кривая намагничивания резко отличается от основной кривой. .3 „ В различных справочниках, а также в ГОСТе в качестве одно- ч значной зависимости между В и Н дается основная кривая намаг- ~ ,,Г ничивания. ф 14.4. Потери, обусловленные гистерезисом. При периодическом перемагничивании ферромагнитного материала в нем совершаются необратимые процессы, на которые расходуется энергия от намагничивающего источника. В общем случае потери в ферромаг- 426 Рис. 14.3 нитном сердечнике обусловлены гистерезисом, макроскопическими вихревыми токами и магнитной вязкостью. Степень проявления различных видов потерь зависит от скорости перемагничивания ферромагнитного материала.

Если сердечник перемагничивается во времени замедленно, то потери в сердечнике обусловлены практически только гистерезисом (потери от макроскопических вихревых токов и магнитной вязкости при этом стремятся к нулю). Физически потери, обусловленные гистерезисом, вызваны инерционностью процессов роста зародышей перемагничивания, инерционностью процессов смещения доменных границ и необратимыми процессами вращения векторов намагниченности.

Плошадь гнстереансной оетлнфИЙВ харантернаует энергию, выделяющуюся в единице объема ферромагнитного вещества за один цикл перемагничивания. Представим площадь гистерезисной петли (рис 14.3) в виде суммы четырех площадей:$НдВ = 5~ + 32+ Зз + 54. Площадь 5~ соответствует движению от точки 1 до точки 2; так как на этом участке Н ~ О и дВ ~ О, то произведение ИПВ ~ О и 51 ) О. Площадь 52 характеризует движение от точки 2 до точки 3, так как в этом интервале И ) О и дВ~О, то Вз ~ О. Площадь Вз — движение от точки д до точки 4; так как Н с" О и 4 В < О, то Вз.'- О. Площадь54 — движениеотточки4доточки l; так как Н с Он д В) О, то З4< О. Если ферромагнитный сердечник подвергается периодическому намагничиванию (например, в цепях переменного тока), то для Уменьшения потерь на гистерезис в нем он должен быть выполнен нз магнитомягкого материала (см.

ф 14.5). 427 риков не насыщаются; ц, их находится в интервале от нескольких единиц до нескольких десятков. Ферриты — ферримагнитные м атериалы. Магнитомягкие ферриты изготовляют из оксидов железа, марганца и цинка или из оксидов железа, никеля и цинка. Смесь формуют и обжигают, в результате получают твердый раствор. По своим электрическим свойствам ферриты являются полупроводниками. Их объемное сопротивление о = 1 —:10'Ом ° м,тогда какдля железа о = 10 бОм ° м. Можно получить ферриты с различными магнитными свойствами. В отличие от магнитодиэлектриков ферриты могут насыщаться.

Коэрцитивная сила магнитомягких ферритов составляет примерно 10 А/м. Маркируют их буквами и цифрой. Например, феррит 6000 НМ означает никель-марганцевый феррит, у которого на начальном участке кривой намагничивания р, = б000. Магнитотвердые ферриты выполняют на основе феррита бария. Например, у феррита 3 БА В, = 0,38 Тл; и, = 145 А/м. ф 14.7. Закон полного тока.

Магнитное поле создается электрическими токами. Количественная связь между линейным интегралом от вектора напряженности магнитного поля Н вдоль любого произвольного контура и алгебраической суммой токов ~~~ 1, охваченных этим контуром, определяется законом полного тока (14 5) Положительное направление интегрирования И связано с положительным направлением тока У правилом правого винта.

Если ' контур интегрирования будет пронизывать катушк~с числом вит!. „' ков и, по которой проходит ток!, то ~ У = Ум и $ О йУ = Ум. Закон полного тока является опытным законом. Его можно эксперимеитвльио проверить путем ивмеревии $ О й с помоптьюспециального устройства (известного из курса физики), называемого магнитным поясом. ф 14.8.

Магнитодвижущая (намагиичивающая) сила. Магнитодвижущей силой (МДС) или намагничивающей силои (НС) катушки или обмотки с током называют произведение числа витков катушки в на протекающий по ней ток 1. МДС 7в вызывает магнитный поток в магнитной цепи подобно тому, как ЭДС вызывает электрический ток в электрической цепи. Как и ЭДС, МДС вЂ” величина направленная (положительное направление на схеме обозначают стрелкой). Положительное направление МДС совпадает с движением ост- йооооой лошак Рис.

14.5 Рис. 14.б рия правого винта, если винт вращать по направлению тока в обмотке. Для определения положительного направления МДС пользуются мнемоническим правилом: если сердечник мысленно охватить правой рукой, расположив ее пальцы по току в обмотке, а затем отогнуть большой палец, то последний укажет направление МДС. На рис 14.5 дано несколько эскизов с различным направлением намотки катушек на сердечник и различным направлением МДС. ф 14.9.

Разновидности магнитных цепей. Магнитной цепью в общем случае называют совокупность катушек с током, ферромагнитных тел или каких-либо иных тел (сред), по которым замыкается магнитный поток. Магнитные цепи могут быть подразделены на неразветвленные и разветвленные. Примером неразветвленной цепи может служить цепь, показанная на рис. 14.6. Разветвленные цепи делятся на симметричные и несимметричные. Магнитная цепь на рис.

14.7 симметрична: в ней Ф, = Ф„если обе части ее, расположенные слева и справа от вертикальной пунктирной линии, одинаковы в геометрическом отношении, изготовлены из одного и того же материала и если!,и, = 7,ы . Достаточно сделать 7,ы, Ф 7,ыа, изменить направление тока в~~: одной из обмоток или сделать воздушный зазор в одном из крайних стержней'магнитопровода, чтобы магнитная цепь (рис.

14.7) стала несимметричной. Если цепь (рис. 14.7) окажется несимметричной,, тоФ, ~ Ф,. яоч ф 14.10. Роль ферромагнитных материалов в магнитной цепи.'' Электрические машины, трансформаторы и другие аппараты конструируют так, чтобы магнитный поток в них был'по возможности наибольшим. Если в магнитную цепь входит ферромагнитный ма-" териал, то поток в ее ветвях при одной и той же МДС и одинаковой -о' геометрии цепи оказывается во много раз больше, чем в случае отсутствия ферромагнитного материала. Пример 139.