Дата последнего обновления файла 04.07.2013

Магнитные материалы

Магнитные материалы — это вещества, которые позволяют изменять свойства радиоэлементов, работающих с магнитным полем. Они позволяют уменьшить габариты трансформаторов и индуктивностей. Магнитные материалы бывают низкочастотными и высокочастотными. Ряд магнитных материалов позволяет создавать постоянные магниты.

Основным фактором, влияющим на индуктивность радиоэлементов, использующих магнитные материалы, является магнитная индукция сердечника. Она, в свою очередь, сильно зависит от магнитного поля, воздействующего на магнитный сердечник. Исследуем эту зависимость. Для создания магнитного поля в сердечнике намотаем на него провод и пропустим по нему ток. Для того, чтобы на результаты эксперимента не влияло окружающее пространство сердечник из магнитного материала выполним замкнутой формы. В нем силовые линии магнитного поля не выходят за пределы сердечника. Конструкция катушки индуктивности для исследования свойств магнитных материалов приведена на рисунке 1.

Катушка с замкнутым сердечником
Рисунок 1. Конструкция катушки индуктивности с сердечником из магнитного материала

К катушке подводится переменная внешняя ЭДС ес частотой fc, W — число витков в обмотке. При протекании тока i в сердечнике создаётся магнитный поток Ф, который в основном замыкается по сердечнику, так как магнитное сопротивление воздуха в μ раз больше чем у сердечника (μ — относительная магнитная проницаемость). Часть магнитного потока замыкается, минуя сердечник — это поток рассеяния Фs. Пока потоком рассеяния пренебрегаем.

Если сердечник первоначально был полностью размагничен, то процесс его намагничивания в координатах индукция-напряжённость идёт по линии 0 – b (рисунок 2). На этом рисунке: В — магнитная индукция Вб/м2 = Тесла, Н — напряженность магнитного поля (А/м).

Намагничивание сердечника (петля гистерезиса)
Рисунок 2. Намагничивание сердечника (петля гистерезиса)

Когда внешняя ЭДС меняет знак, то сердечник перемагничивается в другую сторону, но в точку 0 он уже никогда не вернётся. Рабочая точка перемещается по частной петле гистерезиса (b-d-b). Если увеличить внешнюю ЭДС, то площадь петли возрастает. Вершина петли переходит из точки b в точку a. В конце концов настаёт такой момент, когда увеличение ЭДС не приводит к увеличению площади петли гистерезиса, которая в этом случае называется кривой предельного цикла. Она отсекает на оси абсцисс отрезок HC, называемый коэрцитивной силой, а на оси ординат отрезок Br — остаточную индукцию. Индукция в сердечнике при напряжённости H = 5HC называется максимальной индукцией — Bm. Величины Br, HC и Bm являются справочными параметрами магнитного материала. Напомним также, что μа = В/Н — абсолютная магнитная проницаемость, μ0 = 4π10−7 [Гн/м] — магнитная проницаемость вакуума, μ = μа/μ0 — относительная магнитная проницаемость (безразмерная величина), индуктивность измеряется в Генри — [Гн] = [в×сек/а] = [Ом * сек], магнитный поток Ф измеряется в веберах — [Вб] = [в * сек], отношение Br/Bm= П — коэффициент прямоугольности магнитного материала.

Геометрическое место точек вершин частных петель гистерезиса есть основная кривая намагничивания В(Н), которая приведена на рисунке 3.

Кривая намагничивание сердечника
Рисунок 3. Кривая намагничивание сердечника

На рисунке 4 приведена зависимость μ(Н). Здесь выделяются три области: 1 — линейная (почти!), 2 — область перегиба и 3 — область насыщения. В первой области работают силовые трансформаторы и дроссели сглаживающих фильтров, во второй — магнитные усилители, в третьей — магнитные ключи (дроссели насыщения). Для расчётов кривую намагничивания линеаризируют, считая на линейном участке μнач = μмакс = μa.

Параметры сердечника определяются свойствами магнитного материала и весьма существенно конструкцией магнитопровода. В качестве магнитных материалов используют различные высокоуглеродистые стали, пермаллои, магнитодиэлектрики и ферриты. В зависимости от технологии изготовления различают сердечники пластинчатые, ленточные и прессованные. На частотах 50...400 Гц используют сталь в виде лент или пластин толщиной 0,3...0,5 мм, а на частотах 400...1000 Гц – 0,1...0,2 мм. На более высоких частотах используют пермаллои, магнитодиэлектрики и ферриты.

Пермаллой — железоникелевый сплав — сталь с высоким процентным содержанием Cr, Ni, Mn, Co, Mo. Используют в виде лент толщиной 5...20 микрон. Это "магнитомягкий" материал (узкая петля гистерезиса — Нс менее 5 А/м).

Магнитодиэлектрик — мелкодисперсный ферромагнитный порошок, формируемый в сердечники связующим материалом на основе полистирола. Используются на высоких частотах ( 1...500 кГц). Это альсиферы и прессованный пермаллой — прессперм (порошок пермаллоя!).

Феррит — ферромагнитный порошок, спекаемый при высокой температуре (~1200°С) и давлении до 30 Атм. Ферриты более технологичны и дешевле в производстве, но в диапазоне температур от −60 до +125°С их индукция изменяется на ±30%, а у пермаллоя на ±5%. В таблице 1 приведены характеристики некоторых магнитных материалов.

Литература:

  1. Описание генераторных установок
  2. Инструкция по эксплуатации дизель-генераторной установки
  3. Бензогенераторы
  4. Бензиновые генераторы и электростанции

Вместе со статьей "Магнитные материалы" читают:

Потери в магнитопроводе
http://digteh.ru/BP/Potery/

Основная формула трансформаторной ЭДС
http://digteh.ru/BP/TransfEDS/




Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2019

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс
Поиск по сайту сервисом ГУГЛ
Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором более 70 научных и научно-методических работ, в том числе 16 книг.

Рейтинг@Mail.ru


Яндекс.Метрика
Rambler's Top100