Свойства ферромагнитных материалов

СВОЙСТВА ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Свойства ферромагнитных материалов оценивают обычно по кривым намагничивания, представляющим собой зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поляВ(Н). Кривые намагничивания получают опытным путем. Напряженность изменяют за счет изменения тока намагничивающей обмотки, расположенной на испытуемом образце. Определение напряженности производят с помощью закона полного тока. Для определения магнитной индукции используют индукционное действие магнитного поля.

Если ферромагнитный материал был размагничен, то при увеличении напряженности Нмагнитная индукция В изменяется в соответствии с кривой 1 первоначального намагничивания (рис. 6.6). Последней соответствует на том же рисунке кривая 2 изменения магнитной проницаемости μ_а(Н), построенная согласно формуле μ_а = В/Н.

При относительно небольших напряженностях, когда материал еще не насыщен (участок Оа), увеличение Н сопровождается значительным увеличением В.  Именно на этом участке μ_а = В/Н >> μ₀  и μ_r >> 1. Максимальному значению магнитной проницаемости соответствует точка А,которая может быть получена, если через начало координат провести касательную к кривой 1.

С увеличением Н на участке ab материал все более насыщается и темп роста В снижается.

На участке bс, соответствующем значительному насыщению ферромагнитного материала, увеличение напряженности приводит лишь к весьма малым приращениям магнитной индукции. Последняя возрастает на этом участке примерно в той же степени, что и в случае катушки без ферромагнитного магнитопровода (прямая 4 на рис. 6.6). Хотя при любых значениях напряженности ферромагнитного материала μ_а > μ₀ и μ_r > 1, при Н → ∞  μ_а → μ₀ и μ_r →1.

При уменьшении напряженности магнитная  индукция изменяется в соответствии с кривой 3. Любому значению напряженности при ее уменьшении соответствует большее значение магнитной индукции, чем при увеличении Н. Если напряженность уменьшить до нуля, материал окажется намагниченным. Магнитная индукция В_r при Н = 0 называется индукцией остаточного намагничивания. Чтобы получить В < В_r , необходимо изменить направление напряженности в материале, что осуществляется путем изменения направления тока намагничивающей обмотки. При некотором значении I < 0 и Н_с < 0 получим В = 0. Напряженность Н_c называется коэрцитивной силой.

Если периодически и весьма медленно изменять напряженность от + Н_1m до - Н_1m , то после нескольких циклов перемагничивания магнитная индукция будет изменяться в пределах от + В_1mдо - В_1m , в соответствии с кривой 1 на рис. 6.7, а, называемой статической петлей магнитного гистерезиса. При разных пределах изменения напряженности получим семейство статических симметричных петель магнитного гистерезиса. Существуют некоторые напряженности + Н_m = + H_s и - Н_m = - H_s , при превышении которых площадь, ограниченная петлей гистерезиса, остается постоянной. Петля гистерезиса 2 называется в этом случае предельной, а магнитная индукция B_s— индукцией технического насыщения. Значения В_r и Н_с определяются по предельной петле гистерезиса.

Если соединить вершины статических  петель гистерезиса, то получим основную кривую намагничивания 3, незначительно отличающуюся от кривой первоначального намагничивания. Основная кривая намагничивания используется при расчете магнитных цепей. Наибольшее значение магнитной проницаемости μ_a определяется по основной кривой.

Различают магнитно-мягкие и магнитно-твердые, ферромагнитные материалы. К магнитно-мягким материалам относятся чистое железо, углеродистые электротехнические стали, сплавы железа и никеля, некоторые химические соединения железа. Магнитно-мягкие материалы характеризуются относительно малой величиной Н_с и небольшой площадью циклов гистерезиса (кривые 1 и 2 на рис. 6.7, б). Магнитно-мягкие материалы применяются для изготовления магнитных цепей электрических машин, трансформаторов, электроизмерительных приборов и разнообразных электротехнических аппаратов. Магнитно-мягкие материалы с малым значениемВ_r (кривая 1 на рис. 6.7, б) при постоянном токе дают возможность в широких пределах изменять магнитный поток. Некоторые магнитно-мягкие материалы при соответствующей технологии обработки позволяют получить «прямоугольную» петлю гистерезиса (кривая 2). Материалы с «прямоугольной» петлей характеризуются весьма малыми значениями Н_с и большим значениемВ_r, близким к В_s . Магнитно-мягкие материалы с «прямоугольной» петлей гистерезиса находят широкое применение в устройствах автоматики и вычислительной техники.

К магнитно-твердым материалам относятся  сплавы железа с алюминием, хромом и  вольфрамом, содержащие различные присадки. Магнитно-твердые материалы (кривая 3 на рис. 6.7, б) характеризуются относительно большими значениями В_r и Н_с и применяются для изготовления постоянных магнитов.