§ 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 Б и Я. 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 под действием внещнего поля Н. При периодическом изменении напряженности поля зависимость между Б и Я приобретает петлевой 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 Я = - Я .

Геометрическое место верщин симметричных гистерезисных петель называют основной кривой намагничивания. При очень больших Я вблизи ztHj восходящая и нисходящая ветви гистерезисной петли практически сливаются.

Предельной гистерезисной петлей или предельным циклом называют симметричную гистерезисную петлю, снятую при очень больших Яа. Индукцию при я = о называют остаточной индукцией и обозначают В.

„ Спинка " предельного цикла, или кривая размагничивании

Предельный цикл

Основная кривая намагничивания

Симметричные гистерезисные петли

Несимметричные гистерези€нь/е петпи ипи частные цинпы

/иОснобная f Lu Начальная у I безгистерезисная

Рис. 14.2

Напряженность поля при Б = О называют задерживающей или коэрцитивной силой и обозначают Н.

Участок предельного цикла ВН. (рис. 14.1) принято называть кривой размагничивания или «спинкой» 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 --Я„ах=?1~тах1 то зависимость между Б и Я 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 - 0) намагничивают, монотонно увеличивая Н, получаемую зависимость между В и И называют начальной кривой намагничивания.

Начальная и основная кривые намагничивания настолько близ- jj ко расположены друг к другу, что практически во многих случаях,ц их можно считать совпадающими (рис. 14.2). ,;м

Безгистерезисной кривой намагничивания называют зависимость между Б и Я, 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.

Безгистерезисная кривая намагничивания резко отличается от

основной кривой. Jv

В различных справочниках, а также в ГОСТе в качестве одно-значной зависимости между Б и Я дается основная кривая намаг-ничивания. о

§ 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-

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.

Площадь гистерезисной петли фЯдБ характеризует энергию,

выделяющуюся в единице объема ферромагнитного вещества за один цикл перемагничивания.

Представим площадь гистерезисной петли (рис. 14.3) в виде суммы четырех площадей:(Я11В = Si -- S2 + 5з -f S4.

Площадь Si соответствует движению от точки / до точки 2; так как на этом участке W >• О и dS > О, то произведение Wdfi > О и Si >• 0. Площадь S2 характеризует движение от точки 2 до точки 5, так как в этом интервале Н >0и d6<;0, то

52 <; 0. Площадь S3 - движение от точки 3 до точки 4\ так как <:0Hd6<;0, то

53 !> 0. Площадь S4 - движение от точки 4 до точки /; так как Н <:OHdB>-0, то

54 < 0.

Если ферромагнитный сердечник подвергается периодическому намагничиванию (например, в цепях переменного тока), то для уменьшения потерь на гистерезис в нем он должен быть выполнен из магнитомягкого материала (см. § 14.5).