Кривая намагничивания железа что это такое

Методы моделирования основной кривой намагничивания

Методы моделирования основной кривой намагничивания

Процессы, происходящие в силовых и измерительных трансформаторах, описываются системой уравнений, составленной для электрической и магнитной цепи. Магнитная цепь представляет собой сердечник, в котором замыкается магнитный поток, создаваемый магнитодвижущей силой. Для уменьшения активных потерь из-за образования вихревых токов сердечники электротехнических устройств составляют их шихтованных листов ферромагнитного материала. Под действием внешнего магнитного поля (H), созданного током в катушке, наложенной на стальной магнитопровод, происходит процесс ориентации доменов в магнитопроводе и смещение их границ. Это приводит к намагничиванию (M) стального магнитопровода, причем намагниченность увеличивается с увеличением внешнего магнитного поля. Зависимость намагниченности материала от напряжённости магнитного поля M(H) (или B(H)) называется кривой намагничивания (magnetization curve), которая обычно представлены исследователю в виде формул, графиков или таблиц. Также следует отметить, что ферромагнитный материала обладает способностью сохранять намагниченность в отсутствии внешнего магнитного поля.

При намагничивании предварительно размагниченного образца различают следующие типы зависимостей (кривых намагничивания):

— Начальная кривая намагничивания – это зависимость, которую получают при монотонном увеличении напряженности магнитного поля (Н);

— Безгистерезисная (идеальную) кривая намагничивания – это зависимость, которую получают при одновременном действии постоянного поля и переменного поля с убывающей до нуля амплитудой.

— Основная кривая намагничивания, представляющая собой геометрическое место вершин симметричных петель гистерезиса, получающихся при циклическом перемагничивании.

Начальная кривая намагничивания зависит от случайных причин, например от механических сотрясений, колебаний температуры, характера изменения намагничивающего поля и т.д. Следовательно, начальная кривая намагничивания не может быть использована для сравнительной оценки свойств различных материалов.

Рис.1. Основная кривая намагничивания (а) и безгистерезисная кривая намагничивания (б).

Основная кривая намагничивания, напротив, является важнейшей характеристикой магнитных материалов, которая не подвержена внешним факторам. Основная кривая намагничивания обычно мало отличается от начальной кривой намагничивания, но не совпадает с ней. Основная кривая намагничивания представляет собой геометрическое место вершин петель гистерезиса, полученных при циклическом перемагничивании (см. рис. 2) и отражает изменение магнитной индукции (В) от напряженности магнитного поля (Н), которое создается в материале при намагничивании. Для получения основной кривой намагничивания снимается ряд петель гистерезиса для различных токов.

Рис.2. Симметричные циклы магнитного гистерезиса и основная кривая намагничивания

Основная кривая намагничивания используется при технических расчетах магнитных цепей, когда требуется исследовать (моделировать) нелинейные индуктивные элементы. Основная кривая намагничивания представлена в виде зависимости магнитной индукции от напряженности магнитного поля B(H) или обратной функциональной зависимостью H(B). На основной кривой намагничивания принято различать три участка: начальный, соответствующий нижнему колену кривой, второй участок соответствует быстрому возрастанию индукции и третий участок соответствует насыщению стали сердечника.

В качестве примера представим в табличной форме кривую намагничивания стали 2312, которая имеет следующую зависимость:

Источник

Основная кривая намагничивания ферромагнитных материалов

Петля гистерезиса ферромагнитных материалов, остаточная магнитная индукция и коэрцитивная сила.

Магнитный гистерезис — явление зависимости вектора намагничивания и вектора напряженности магнитного поля в веществе не только от приложенного внешнего поля, но и от предыстории данного образца. Магнитный гистерезис обычно проявляется в ферромагнетиках — Fe, Co, Ni и сплавах на их основе. Именно магнитным гистерезисом объясняется существование постоянных магнитов.

Стрелками указано направление процессов намагничивания и размагничивания ферромагнитного образца при изменении индукции B₀ внешнего магнитного поля

1 – электротехническая сталь, 2 – литая сталь, 3 – чугун.

Кривая намагничивания. Процесс намагничивания ферромагнитного материала можно изобразить в виде кривой намагничивания (рис. 44, а), которая представляет собой зависимость индукции В от напряженности Н магнитного поля. Так как напряженность магнитного поля определяется силой тока, посредством которого намагничивается ферромагнитный материал, эту кривую можно рассматривать как зависимость индукции от намагничивающего тока I.

Кривую намагничивания можно разбить на три участка: Оа, на котором магнитная индукция возрастает почти пропорционально намагничивающему току (напряженности поля); аб, на котором рост магнитной индукции замедляется («колено» кривой намагничивания), и участок магнитного насыщения за точкой б, где зависимость В от H становится опять прямолинейной, но характеризуется медленным нарастанием магнитной индукции при увеличении напряженности поля по сравнению с первым и вторым участками кривой.

Следовательно, при большом насыщении ферромагнитные вещества по способности пропускать магнитный поток приближаются к неферромагнитным материалам (магнитная проницаемость их резко уменьшается). Магнитная индукция, при которой происходит насыщение, зависит от рода ферромагнитного материала.

Рис. 44. Кривая намагничивания ферромагнитного материала (а) и петля гистерезиса (б)

Чем больше индукция насыщения ферромагнитного материала, тем меньший намагничивающий ток требуется для создания в нем заданной индукции и, следовательно, тем лучше он пропускает магнитный поток.

Магнитную индукцию в электрических машинах, аппаратах и приборах выбирают в зависимости от предъявляемых к ним требований. Если необходимо, чтобы случайные колебания намагничивающего тока мало влияли на магнитный поток данной машины или аппарата, то выбирают индукцию, соответствующую условиям насыщения (например, в генераторах постоянного тока с параллельным возбуждением). Если желательно, чтобы индукция и магнитный поток изменялись пропорционально намагничивающему току (например, в электроизмерительных приборах), то выбирают индукцию, соответствующую прямолинейному участку кривой намагничивания.

Перемагничивание ферромагнитных материалов, петля гистерезиса. Большое практическое значение, особенно в электрических машинах и установках переменного тока, имеет процесс перемагничивания ферромагнитных материалов. На рис. 44, б показан график изменения индукции при намагничивании и размагничивании ферромагнитного материала (при изменении намагничивающего тока I или напряженности магнитного поля Н). Как видно из этого графика, при одних и тех же значениях напряженности магнитного поля магнитная индукция, полученная при размагничивании ферромагнитного тела (участок а—б—в), будет больше индукции, полученной при намагничивании (участки О — а и д — а). Когда напряженность поля (намагничивающий ток) будет доведена до нуля, индукция в ферромагнитном материале не уменьшится до нуля, а сохранит некоторое значение В_r соответствующее отрезку Об. Это значение называется остаточной индукцией.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Определение кривой намагничивания железа по методу Столетова

Лабораторная работа 5.5

Определение кривой намагничивания железа
по методу Столетова

Цель работы – изучение свойств ферромагнетика и ознакомление с методом Столетова.

Приборы и принадлежности: лабораторная установка «Определение кривой намагничивания железа по методу Столетова».

Описание метода измерений
и экспериментальной установки.

Намагничивание вещества представляет собой реакцию вещества на действие внешнего магнитного поля.

Магнитные моменты атомов и молекул вещества вследствие теплового движения могут ориентироваться хаотически. Тогда вещество будет не намагничено.

Парамагнетиками называются вещества, атомы которых в отсутствие внешнего магнитного поля имеют отличный от нуля магнитный момент . В отсутствие внешнего магнитного поля векторы различных атомов ориентированы в пространстве хаотически и намагниченность парамагнетика J очень мала и относительная магнитная проницаемость m = 1 + c немного большей единицы.

Ферромагнетиками называются вещества, у которых магнитная восприимчивость и относительная магнитная проницаемость могут достигать очень больших значений. У этих веществ магнитные моменты атомов сильно взаимодействуют между собой и образуют микрообласти самопроизвольного (спонтанного) намагниченного состояния (домены). При намагничивании ферромагнетиков на начальной стадии процесса при слабых полях происходит смещение границ доменов, на следующей стадии магнитные моменты доменов ориентируются в направлении внешнего поля и вектор намагниченности быстро увеличивается. На окончательной стадии процесса вектор намагниченности достигает максимального значения (ферромагнетик намагничивается до насыщения). Поэтому у ферромагнетиков вектор магнитной индукции нелинейно зависит от напряжённости поля . Зависимость В(Н) находят экспериментально по методу Столетова.

Принципиальная схема установки показана на рис. 1.

Образец испытуемого материала изготовлен в виде кольцевого магнитопровода (тороида) 5 с намагничивающей обмоткой 4, содержащей w1 витков провода. Намагничивающий ток I устанавливают реостатами грубой 1 и точной 2 регулировки. Переключателем 3 можно изменять направление намагничивающего тока и, следовательно, магнитного поля. При переключении тока I переменный магнитный поток индуцирует ЭДС в измерительной обмотке 6 с числом витков w2. Если замкнуть кнопку 7, то можно по отбросу баллистического гальванометра 8 определить максимальное значение вектора индукции В, возбуждённого в сердечнике при переключении намагничивающего поля напряженностью Н.

Первичная обмотка через выключатель S1 присоединена к источнику тока. При замыкании выключателя S1 через первичную обмотку будет протекать ток I, который создаст магнитное поле с напряжённостью

(1)

где w1 – число витков катушки и l – средняя длина сердечника (известные постоянные).

Используя выражение (1), измеряя ток I, определяют Н.

Вторичная обмотка, содержащая w2 витков, замкнута на баллистический гальванометр 8 (см. рисунок). При изменении переключателем S2 направления тока в первичной обмотке на противоположное, изменяется направление магнитного поля и во вторичной обмотке возникает ЭДС индукции

В цепи баллистического гальванометра с сопротивлением R ЭДС возбуждает ток Ii = ei/R. Из определения силы тока следует, что поэтому электрический заряд q, проходящий через баллистический гальванометр

(2)

(3)

(4)

Согласно формуле (4) баллистический гальванометр можно проградуировать в единицах магнитной индукции. Поэтому максимальное значение вектора индукции

(5)

где n – отброс стрелки баллистического гальванометра (в мкА),
Gi – баллистическая постоянная, указанная на установке (Тл/мкА).

Устанавливая 8 – 10 последовательных значений намагничивающего тока I, записать значения n баллистического отброса гальванометра после переключения тока I. По результатам опытов рассчитать по формуле (1) Н и по формуле (5) В, построить график В(Н). Рассчитать значение m по формуле Построить график m(Н).

Описать процесс намагничивания вещества. Что называется магнитным моментом? Что называется вектором намагничивания? Записать связь между вектором магнитной индукции и вектором намагничивания в однородной среде. Что называется доменом? Какие вещества называются ферромагнетиками и парамагнетиками? Что называется кривой намагничивания? Сформулировать закон электромагнитной индукции. Вывести расчётную формулу для определения максимального значения вектора индукции. Что измеряет баллистический гальванометр?

Источник

Гистерезис намагничивания и кривая столетова — справочник студента

В данной статье мы рассмотрим явление под названием магнитный гистерезис, которое связано со свойствами намагничивания материала, благодаря которому он сначала намагничивается, а затем размагничивается. Рассмотрим кривые намагничивания, сохраняемость, а так же магнитную петлю гистерезиса.

Описание явления магнитного гистерезиса

Мы знаем, что магнитный поток, создаваемый электромагнитной катушкой, представляет собой величину магнитного поля или силовых линий, создаваемых в данной области, и что его чаще называют «плотностью потока», обозначенным символ B с единицей измерения Тесла, Т.

Мы также знаем из предыдущих уроков, что магнитная сила электромагнита зависит от числа витков катушки, тока, протекающего через катушку, или от типа используемого материала сердечника, и если мы увеличим либо ток, либо число оказывается, мы можем увеличить напряженность магнитного поля H.

Ранее относительная проницаемость, символ µ r, определялась как отношение абсолютной проницаемости µ и проницаемости свободного пространства µ o(вакуум), и это задавалось как постоянная величина.

Тогда плотность магнитного потока в материале будет увеличена в большей степени в результате его относительной проницаемости для материала по сравнению с плотностью магнитного потока в вакууме, µ o H, а для катушки с воздушной сердцевиной это соотношение определяется как:

Таким образом, для ферромагнитных материалов отношение плотности потока к напряженности поля ( B / H ) не является постоянным, а изменяется в зависимости от плотности потока.

Намагниченность или кривая B-H

Набор кривых намагничивания выше, представляет пример взаимосвязи между B и H для сердечников из мягкого железа и стали, но каждый тип материала сердечника будет иметь свой собственный набор кривых магнитного гистерезиса. Вы можете заметить, что плотность потока увеличивается пропорционально напряженности поля до тех пор, пока она не достигнет определенного значения, если оно больше не может становиться почти равным и постоянным, поскольку напряженность поля продолжает увеличиваться.

Это связано с тем, что существует ограничение на количество плотности потока, которое может генерироваться ядром, поскольку все домены в железе идеально выровнены.

Насыщение происходит потому, что, как мы помним из предыдущей статьи по магнетизму, который включал теорию Вебера, случайное расположение структуры молекулы в материале ядра изменяется, когда крошечные молекулярные магниты в материале становятся «выстроенными».

По мере увеличения напряженности магнитного поля ( H ) эти молекулярные магниты становятся все более и более выровненными, пока они не достигнут идеального выравнивания, создавая максимальную плотность потока, и любое увеличение напряженности магнитного поля из-за увеличения электрического тока, протекающего через катушку, будет иметь мало или вообще не будет иметь эффекта.

Сохраняемость (способность сохранять остаточный магнетизм)

Предположим, что у нас есть электромагнитная катушка с высокой напряженностью поля из-за тока, протекающего через нее, и что материал ферромагнитного сердечника достиг своей точки насыщения, максимальной плотности потока. Если мы теперь откроем переключатель и удалим ток намагничивания, протекающий через катушку, мы ожидаем, что магнитное поле вокруг катушки исчезнет, ​​когда магнитный поток уменьшится до нуля.

Однако магнитный поток не исчезает полностью, поскольку материал электромагнитного сердечника все еще сохраняет часть своего магнетизма, даже когда ток прекращает течь в катушке.

Причиной этого является то, что некоторые из крошечных молекулярных магнитов не возвращаются к совершенно случайному образцу и все же указывают в направлении исходного поля намагничивания, давая им своего рода «память». Некоторые ферромагнитные материалы обладают высокой удельной удерживаемостью (магнитной твердостью), что делает их превосходными для изготовления постоянных магнитов.

В то время как другие ферромагнитные материалы имеют низкую способность удерживать (магнитно-мягкие), что делает их идеальными для использования в электромагнитах, соленоидах или реле.

Один из способов уменьшить эту остаточную плотность потока до нуля — изменить направление тока, протекающего через катушку, путем изменения значения H, напряженности магнитного поля, отрицательной.

Если этот обратный ток увеличивается еще больше, то плотность потока будет также увеличиваться в обратном направлении, пока ферромагнитный сердечник не достигнет насыщения снова, но в обратном направлении от предыдущего. Снижая ток намагничивания I снова до нуля создаст аналогичную величину остаточного магнетизма, но в обратном направлении.

Затем путем постоянного изменения направления тока намагничивания через катушку с положительного направления на отрицательное направление, как в случае с источником переменного тока, можно создать петлю магнитного гистерезиса ферромагнитного сердечника.

Магнитная петля гистерезиса

Магнитная петля гистерезиса выше, показывает поведение ферромагнитного сердечника графически в виде соотношения между B и H является нелинейным. Начиная с немагнитного сердечника, и B, и H будут в нуле, точка 0 на кривой намагничивания.

Если ток намагничивания I увеличивается в положительном направлении до некоторого значения, напряженность магнитного поля H линейно увеличивается с I,и плотность потока B также будет увеличиваться, как показано кривой из точки 0 в точку a, когда она движется к насыщению.

Увеличение этого обратного тока вызывает намагничивание сердечника в противоположном направлении, и дальнейшее увеличение этого тока намагничивания приведет к тому, что сердечник достигнет своей точки насыщения, но в противоположном направлении, точки d на кривой.

Затем кривая B-H следует по пути a-b-c-d-e-f-a, когда ток намагничивания, протекающий через катушку, чередуется между положительным и отрицательным значением, таким как цикл переменного напряжения. Этот путь называется магнитной петлей гистерезиса.

Эффект магнитного гистерезиса показывает, что процесс намагничивания ферромагнитного сердечника и, следовательно, плотность потока зависят от того, на какую часть кривой намагничивается ферромагнитный сердечник, поскольку это зависит от прошлых цепей, придающих сердечнику форму «памяти». Тогда ферромагнитные материалы имеют память, потому что они остаются намагниченными после того, как внешнее магнитное поле было удалено.

Однако мягкие ферромагнитные материалы, такие как железная или кремниевая сталь, имеют очень узкие петли магнитного гистерезиса, что приводит к очень небольшим количествам остаточного магнетизма, что делает их идеальными для использования в реле, соленоидах и трансформаторах, поскольку они могут легко намагничиваться и размагничиваться.

Поскольку для преодоления этого остаточного магнетизма необходимо применять коэрцитивную силу, необходимо выполнить работу по замыканию петли гистерезиса, чтобы используемая энергия рассеивалась в виде тепла в магнитном материале. Это тепло известно как потеря гистерезиса, величина потери зависит от значения материала коэрцитивной силы.

Добавляя добавки к металлическому железу, такие как кремний, можно получить материалы с очень малой коэрцитивной силой, которые имеют очень узкую петлю гистерезиса. Материалы с узкими петлями гистерезиса легко намагничиваются и размагничиваются и известны как магнитомягкие материалы.

Магнитные петли гистерезиса для мягких и твердых материалов

Магнитный гистерезис приводит к рассеиванию потраченной энергии в виде тепла, причем энергия теряется пропорционально площади петли магнитного гистерезиса. Потери гистерезиса всегда будут проблемой в трансформаторах переменного тока, где ток постоянно меняет направление, и, таким образом, магнитные полюсы в сердечнике будут вызывать потери, потому что они постоянно меняют направление.

Вращающиеся катушки в машинах постоянного тока также будут нести гистерезисные потери, поскольку они попеременно проходят севернее южных магнитных полюсов.

Как указывалось ранее, форма петли гистерезиса зависит от природы используемого железа или стали, и в случае железа, которое подвергается массивным изменениям магнетизма, например, сердечники трансформатора, важно, чтобы петля гистерезиса B-H была как можно меньше.

В следующей статье об электромагнетизме мы рассмотрим закон электромагнитной индукции Фарадея и увидим, что, перемещая проводной проводник в стационарном магнитном поле, можно вызвать электрический ток в проводнике, образующий простой генератор.

Кривые намагничивания. петля гистерезиса

Магнитные свойства материалов часто характеризуют зави­симостями магнитной индукции В (или намагниченности /) от напряженности поля Н и потерь на перемагничивание Р от ин­дукции и частоты.

О їв го зо ио so so то so so m

Рнс. 10. Зависимость начальной проницаемости никельцннкового феррита от состава

Зависимость вида В = f(H) обычно изображают в виде кри­вых намагничивания. Выше было отмечено, что магнитные свой­ства зависят не только от таких параметров, как напряженность поля, температура, наличие или отсутствие механических напря­жений и др., но также и от предшествующего магнитного состоя­ния.

Во многих случаях получения кривых намагничивания в ка­честве исходного состояния используют размагниченное состоя­ние образца, при котором в отсутствии внешнего поля индукция равна нулю и нет преимущественного направления намагничива­ния доменов, т. е. они расположены статистически равноверо­ятно.

Наилучшее размагничивание может быть достигнуто нагре­ванием материала выше точки Кюри. Однако в технике этот спо­соб применяют мало из-за неудобств, возникающих при его практическом осуществлении. Чаще всего размагничивание осу­ществляется помещением образца в переменное поле с убываю­щей до нуля амплитудой, используя для этого специальные устройства или изме­рительную схему.

Максимальная напряженность раз­магничивающего поля, необходимая для достижения практически полного раз­магничивания, различна для разных групп материалов и должна в несколько раз превышать значение коэрцитивной силы.

Требуется также, чтобы частота поля не была большой, в противном слу­чае размагничиванию будет препятство­вать экранирующее действие вихревых токов. Лучше всего применять поле с ча­стотой 5—10 гц и скоростью убывания не больше 1—2% при каждом цикле.

Практически часто используют поле с частотой 50 гц или непрерывно коммути­руют и уменьшают постоянное поле.

Основная (коммутационная) кривая намагничивания, пред­ставляющая собой геометрическое место вершин кривых (вер­шин гистерезисных циклов), получающихся при циклическом перемагничивании (рис. 11, кривая б).

Нулевая кривая близко совпадаете основной.

Рис. 11. Кривые намагни­чивания предварительно размагниченного образ­ца:

А — безгистерезисная; б — основная

Нулевая кривая определяется случайными причинами, напри­мер она зависит от механических сотрясений, колебаний тем­пературы, характера изменения намагничивающего поля и др. Для этой кривой особенно сильно проявляется эффект Баркгау — зена — нерегулярный, ступенчатый характер намагничивания.

Поэтому нулевая кривая не отвечает требованию хорошей вос­производимости, вследствие чего не может быть использована для сравнительной оценки свойств различных материалов. Ну­левая кривая, представляя интерес для физиков, в инженерной практике не используется.

Безгистерезисная кривая характеризуется быстрым возра­станием индукции до значения индукции насыщения уже в сла­бых постоянных полях, независимо от видов магнитного матери­ала. Намагничивание по этой кривой имеет место в некоторых случаях.

Рис. 12. Петли гистерезиса:

А — незамкнутая; б — установившаяся

Основная кривая намагничивания является важнейшей ха­рактеристикой магнитных материалов. Она отвечает требовани­ям хорошей воспроизводимости и широко используется для ха­рактеристики намагничивания материалов в постоянных полях.

На основной кривой намагничивания принято различать три участка — начальный, соответствующий нижнему колену кри­вой; участок быстрого возрастания индукции (намагниченности); участок насыщения (выше верхнего колена кривой).

При циклическом перемагничивании кривая намагничивания образует гистерезисную петлю (рис. 12).

Если намагничивание происходит так, как показано стрелка­ми на рис. 12, а, то при однократном прохождении петли точки А и А’ соответствующие одному и тому же полю Я, не совпада­ют, что объясняется различной для этих точек магнитной исто­рией.

Для получения более определенной симметричной[15] (устано­вившейся) петли (рис. 12, б), при измерениях в цепях постоян-
ного тока производят так называемую магнитную подготовку, ко­торая состоит в многократном (5—10 раз) коммутировании тока в намагничивающей обмотке после установки его величины.

Форма петли для данного материала зависит от значения по­ля Я max. Для слабых полей она имеет вид эллипсов, с увеличе­нием поля у нее начинают вытягиваться «носики», соответствую­щие точкам А и А’ (рис. 12, а).

Гистерезисная петля, полученная для условий насыщения, на­зывается предельной петлей. В справочниках обычно приводятся симметричные предельные гистерезисные петли.

Рис. 13. Изображение петли гистере­зиса в координатах В = f(H) и 4я/ = f(H)

При изображении петли гистерезиса в координатах 4л/ = >(Н) (рис. 13) остаточная индукция сохраняет то же зна­чение, что и в координатах В = f(H), а коэрцитивная сила по на­магниченности jHc ФвНс(Нс).

Для материалов, намагничива­ющихся только в сильных полях (магнитнотвердых), jHc может существенно отличаться от коэрцитивной силы по магнитной ин­дукции Яс. Например, для сплава силманал (см. § 25) Нс = 480 э, jHc = 6000 э.

Однако для большинства применяе­мых в технике материалов разница между этими величинами не­значительна.

Нитной проницаемостью. Подставляя в это отношение конкрет­ные значения В и Я, получают различные виды магнитной про­ницаемости, которые в настоящее время применяют в технике (свыше нескольких десятков).

При магнитных измерениях в переменных полях для получе­ния указанных выше величин чаще всего используют зависимо­сти Вт = f(Hm) при одновременном измерении угла сдвига фаз 6 между кривыми. Пользуются и другими зависимостями, нап­ример, Bmi =f(Hmi), где Ви, и — амплитудные значения первых гармоник. Вопросы методики магнитных измерений рас­смотрены в гл. IV.

При исследовании работы магнитных материалов в специаль­ных режимах намагничивания (например, импульсном, при одновременном действии переменного, и постоянного полей) из­меряются, рассматриваются и применяются в расчетах самые разнообразные кривые намагничивания. Некоторые из них рас­смотрены далее (см., например, § 27). Подробно эти ‘вопросы рассмотрены, например, в [Л. 4; 9; 22 и др.].

В заключение отметим, что все рассмотренные выше магнит­ные характеристики в значительной степени являются услов­ными. Они в некоторой мере могут характеризовать свойства магнитных материалов, но не реальных устройств. Особенно это относится к характеристикам на переменном токе.

В этом случае магнитные свойства самым тесным образом связаны с вихревы­ми токами, возникающими в толще материала при его перемаг — ничивании, и некоторыми другими явлениями. Вихревые токи определяются удельной электропроводностью материала, час­тотой перемагничивания, формой и размерами изделия.

Поэто­му при одинаковых условиях намагничивания для разных изде­лий из одного и того же магнитного материала магнитные свой­ства будут различными.

Вопрос разработки магнитных характеристик, наилучшим об­разом отражающих магнитные свойства материалов, в настоя­щее время усиленно дебатируется[19] и находится в стадии разре­шения.

Сплавы на основе Fe — Ni — Al являются важнейшими сов­ременными материалами для постоянных магнитов. Они были открыты в 1932 г. и с тех пор интенсивно изучаются и совершен­ствуются. Большой …

МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Л. Л.ПРЕ06РЛЖЕНСКИН. ВЕЛИЧИНЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ПОВЕДЕНИЕ ТЕЛ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ, И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЛЛ агнитное поле возникает при изменении электрического поля, в частности, в результате движения электрических зарядов. Движение …

Основными технологическими операциями, выполняемыми при изготовлении магнитопроводов из лент или листов являются: рез­ка ленты или штамповка пластин, электроизоляция витков или пластин между собой, навивка сердечников или сборка пакетов. Во всех …

Гистерезис в электротехнике

12 августа 2013. Категория: Электротехника.

Рассмотрим процесс переменного намагничивания ферромагнитного материала. Для этой цели намотаем на стальной сердечник обмотку и будем по ней пропускать постоянный ток. Предположим, что сердечник электромагнита ранее не был намагничен.

Увеличивая проходящий по виткам обмотки ток I от нуля, мы тем самым будем увеличивать намагничивающую силу и напряженность поля H. Величина магнитной индукции B в сердечнике будет также увеличиваться.

Кривая намагничивания 0а на рисунке 1 имеет прямолинейную часть, а затем вследствие насыщения кривая поднимается медленно, приближаясь к горизонтали. Если теперь, достигнув точки а, уменьшать H, то будет уменьшаться и B.

Однако уменьшение B при уменьшении H, то есть при размагничивании, будет происходить с запаздыванием по отношению к уменьшению H. Величина остаточной индукции при H = 0 характеризуется отрезком 0б.

Рисунок 1. Петля гистерезиса

Для того чтобы магнитная индукция в сердечнике стала равной нулю, необходимо намагничивать материал в обратном направлении, то есть перемагнитить его. Для этой цели направление тока в обмотке меняется на обратное.

Направление магнитных линий и напряженности магнитного поля также изменяется. При напряженности поля H = 0в индукция в сердечнике равна нулю и материал сердечника полностью размагничен.

Значение напряженности поля H = 0в при B = 0 является определенной характеристикой материала и называется задерживающей (коэрцитивной) силой.

Повторяя процесс перемагничивания, мы получаем замкнутую кривую а б в г д е а, которая называется петля гистерезиса или петля магнитного гистерезиса. Гистерезис от греческого – отстающий, запаздывающий.

На этом опыте легко убедиться, что намагничивание и размагничивание сердечника (появление и исчезновение полюсов, магнитной индукции или магнитного потока) отстают от момента появления и исчезновения намагничивающей и размагничивающей силы (тока в обмотке электромагнита).

Явление гистерезиса можно иными словами охарактеризовать как отставание изменений магнитной индукции от изменений напряженности поля. Перемагничивание материала связано с затратой некоторого количества энергии, которая выделяется в виде тепла, нагревающего материал.

Магнитный гистерезис особенно сильно сказывается, если материал сердечника обладает большим остаточным магнетизмом (например, твердая сталь). Явление гистерезиса в большинстве случаев вредно.

Оно вызывает потери на гистерезис выраженные в нагреве сердечника и лишних затратах мощности источника напряжения, а также сопровождается гудением сердечника вследствие перемены полярности и поворотов элементарных частиц материала сердечника.

Первое серьезное исследование процессов намагничивания стали было проведено Александром Григорьевичем Столетовым (1839 – 1896) в 1872 году и опубликовано в работе «О функции намагничивания мягкого железа».

А. Г. Столетов, кроме того, исследовал и объяснил природу внешнего фотоэффекта и изготовил первый фотоэлемент.

Видео 1. Гистерезис

Источник: Кузнецов М. И., «Основы электротехники» – 9-е издание, исправленное – Москва: Высшая школа, 1964 – 560с.

Источник