Исследование магнитного гистерезиса (стр. 3 из 7)
Рассмотрим некоторые виды магнито-мягких материалов, которые наиболее часто применяются в промышленности.
Пермаллои – это сплавы различного процентного содержания железа и никеля, а некоторые из них, кроме того, молибдена, хрома, кремния, алюминия. Пермаллои имеют высокую магнитную проницаемость, в 10-15 раз большую, чем у листовой электротехнической стали. В этих сплавах индукция насыщения достигается при малых напряженностях поля (от десятых долей до нескольких сотен ампер на метр). Одни из них имеют низкую индукцию насыщения Bs (около 0,6 –0,8 Тл), другие – относительно высокую (1,3 – 1,6 Тл). К первой группе относятся высоконикелевые пермаллои, например содержащий 79% никеля и 3,8% молибдена, у которого mн=22000; mmax=120000; Bs=0,75Тл. Ко второй группе относятся низконикелевые пермаллои, например содержащие 45% никеля, у которого mн=2500; mmax=23000; Bs=1,5Тл.
У пермаллоевс прямоугольной петлей гистерезиса (рис. 6) степень прямоугольности петли характеризуется отношением остаточной индукции Br к максимальной индукции Bmax, под которой понимают индукцию при напряженности поля, в 5-10 раз превышающую коэрцитивную силу. Это отношение достигает 0,85-0,99. Коэрцитивная сила таких пермаллоев лежит в пределах от 1 до 30 А/м.
Магнитные свойства пермаллоев в сильной степени зависят от технологии их изготовления.Ферритами называют ферромагнитные материалы, получаемые из смеси окислов железа, цинка и других элементов. При изготовлении магнитопроводов смесь размалывают, прессуют и отжигают при температуре около 1200 0С; таким образом, получают магнитопроводы нужной формы. Ферриты обладают очень большим удельным сопротивлением, вследствие чего потери из-за вихревых токов чрезвычайно, малы и их можно применять при высокой частоте.
Ферриты обладают значительной начальной магнитной проницаемостью, незначительной индукцией насыщения(0,18 – 0,32Тл) и малой коэрцитивной силой (8 – 80 А/м).
Магнитодиэлектрики – это материалы, получаемые из смеси мелкозернистого ферромагнитного порошка с диэлектриком (поливинилхлорид, полиэтилен). Смесь формуют, прессуют и запекают; в результате мельчайшие частицы ферромагнетика оказываются разделенными электроизолирующей пленкой из немагнитного материала.
Ферриты и магнитодиэлектрики широко применяются в качестве сердечников в аппаратуре проводной и радиосвязи, в магнитных усилителя, вычислительных машинах и в других областях техники.
В настоящее время ведутся разработки новых видов магнито-мягких материалов. Одним из таких видов является ленточный магнитопровод разработанный фирмой ГАММАМЕТ® — гаммамет® 412А.
Магнитопроводы ГАММАМЕТ®412А изготавливаются из ленты толщиной 25 мкм с нанокристаллической структурой. Лента получается методом быстрой закалки из сплава на основе железа. Магнитопроводы после термической обработки в продольном магнитном поле имеют высокую прямоугольность петли магнитного гистерезиса (см. рис. 7) и низкие удельные магнитные потери.
Предельные значения температуры окружающей среды от -60 °С до +125°С. Полный срок службы магнитопроводов - 30 лет. Технические условия обеспечивают коэффициент прямоугольности Br/B10>0,85.
Магнитопроводы ГАММАМЕТ®412А заменяют магнито-мягкие железоникелевые сплавы и ферриты с прямоугольной петлей магнитного гистерезиса.
Область применения:магнитные усилители, импульсные трансформаторы, дроссели насыщения, магнитные ключи.
| Таблица №1 | "Магнитные свойства некоторых магнито-мягких материалов". |
В таблице приведены данные о магнитных свойствах некоторых магнито-мягких материалах. Такие материалы намагничиваются в относительно слабых магнитных полях и обладают высокими значениями начальной µн и максимальной µmax магнитных проницаемостей, малым значением коэрцитивной силы Hc. Значения Bmax - максимальной магнитной индукции – соответствует намагниченности насыщения ферромагнетиков.
| Ферромагнетик | Вmax Tл | µн | µmax | Нс А/м | Свойства |
| Альсифер | 1,1 | 20000 | 117000 | 1,8 | Отличается механической твердостью и хрупкостью. Обладает малой коэр-ой силой и высокими значениями магнитных проницаемостей.Удельное эл. сопротивление 0,6 мкОм·м. Идет на изготовление магнитопро-д, корпусов приборов. |
| Пермаллои высоко - никелевые | 0,70-0,75 | 14000-50000 | 60000-300000 | 0,8-4,8 | Сплав, обладающий высокой магнитной проницаемостью и небольшой коэр-ой силой.Применяется для изготовления сердечников слаботочных транс-ов звукового диапазона, дросселей и т.д. |
| Электротехни-ческая сталь | 2 | 200-600 | 3000-8000 | 9,6-64,0 | Сталь электротехническая (тран-ая) используется для изготовления сердечников транс-ов, дросселей, эл. машин и т.д. |
| Ферриты никель-цинковые и марганец-цинковые | 0,18-0,40 | 100-6000 | 3000-10000 | 8-120 | |
| Железо(технически чистое, мин. кол-во примесей) | 2,16 | 250 | 7000 | 64 | |
| Магнитопроводы ГАММАМЕТ®412А | 1,12 | 600 000 | 1,2 | Область применения: магнитные усилители, импульсные трансформаторы, дроссели насыщения, магнитные ключи.Температура Кюри 610 °CПлотность:7400 кг/м3Удельное электросопротивление:1,25•10-6 Ом•м |
б) Магнитно-твердые материалы (таблица №2) предназначены для изготовления постоянных магнитов самого различного назначения. Эти материалы характеризуются большой коэрцитивной силой и большой остаточной индукцией.
К магнитно-твердым материалам относятся: углеродистые, вольфрамовые, хромистые и кобальтовые стали; их коэрцитивная сила 5000-8000 А/м, остаточная индукция 0,8 – 1Тл. Они обладают ковкостью, поддаются прокатке, механической обработке и выпускаются промышленностью в виде полос или листов.
К магнитно-твердым материалам, обладающим лучшими магнитными свойствам, относятся сплавы: альни, альниси, альнико и др. Они характеризуются коэрцитивной силой Hc =20 000¸60 000 А/м и остаточной индукцией Br=0,4¸0,7 Тл.
| Таблица №2 | "Магнитные свойства некоторых магнито-твердых материалов". |
В таблице приведены основные данные о магнитных свойствах некоторых магнито-твердых материалов. Эти материалы намагничиваются в сравнительно сильных магнитных полях и обладают большими значениями коэрцитивной силы Hc, большой остаточной магнитной индукцией Br, большими значениями плотности энергии магнитного поляω=BrּHcи сравнительно малыми значениями магнитной проницаемости.
| Ферромагнетик | Нс, А/м | Вr, Tл | ωmax, Дж/м3 | Свойства |
| Альни-3 | 40000 | 0,5 | 7200 | Сплавы обладают большими значениями коэрцитивной силы и остаточной индукцией. Плотность 6900 кг/м3 (альни) и 7100 кг/м3 (альнико). Применяются для изготовления литых постоянных магнитов. |
| Альнико-15 | 48000 | 0,75 | 12000 | |
| Альнико-18 | 52000 | 0,90 | 19400 | |
| Магнико | 40000 | 1,23 | 32250 | Высококоэрцитивный сплав, плотностью 7000кг/м3. Сплав используется для изготовления постоянных магнитов. Магниты из магнико при равномерной магнитной энергии в 4 раза легче магнитов из сплава альни. |
Экспериментальное изучение свойств ферромагнетиков.
Большой вклад в экспериментальное изучение свойств ферромагнетиков внес А. Г. Столетов. Предложенный им экспериментальный метод заключался в измерении магнитного потока Фm в ферромагнитных кольцах при помощи баллистического гальванометра.
Тороид, первичная обмотка которого состояла из N1витков, имел сердечник из исследуемого материала (например, отожженного железа). Вторичная обмотка из N2 витков была замкнута на баллистический гальванометр G (рис. А). Обмотка N1 включалась в цепь аккумуляторной батареи Б. Напряжение, приложенное к этой обмотке, а, следовательно, и силу тока I1 в ней можно было изменять с помощью потенциометра R1. Направление тока изменялось посредством коммутатора К. 
При изменении направления тока в обмотке N1 на противоположное, в цепи обмотке N2 возникал кратковременный индукционный ток и через баллистический гальванометр проходил электрический заряд q , который равен отношению взятого с обратным знаком изменения потокосцепления вторичной обмотки к электрическому сопротивлению R в цепи гальванометра:
 |
Если сердечник тонкий, а площадь поперечного сечения равна S, то магнитная индукция поля в сердечнике
Напряженность магнитного поля в сердечнике вычисляется по следующей формуле
