Краткие теоретические сведения. Магнитные свойства ферромагнетиков харак­теризуются зависимостью магнитной индукции В от напряженности поля Н (кривая намагничивания)

 

Магнитные свойства ферромагнетиков харак­теризуются зависимостью магнитной индукции В от напряженности поля Н (кривая намагничивания).

Магнитные свойства материала зависят не только от напряженности поля, температуры, наличия или отсутствия механических напряжений и т.д., но и от предшествующего магнитного состояния.

Во многих случаях для получения кривых намагничивания в качестве ис­ходного принимают размагниченное состояние образца, при котором в отсутст­вие внешнего поля индукция равна нулю и нет преимущественного направления намагничивания доменов, т. е. их магнитные моменты расположены статистически равновероятно.

Наилучшее размагничивание возможно при нагреве материала выше точки Кюри и последующего охлаждения при отсутствии внешнего поля, однако в технике этот способ применяют редко в связи с неудобствами его практического осуществления. Чаще всего образец размагничивают, воздействуя на него переменным нолем с убывающей до нуля амплитудой, используя для этой цели спе­циальные устройства или измерительную схему.

При намагничивании предварительно размагниченного образца различают следующие типы зависимостей:

1) начальную (нулевую) кривую намагничивания, которую получают при монотонном увеличении Н;

2) безгистерезисную (идеальную) кривую намагничивания, получаемую при одновременном действии постоянного поля и переменного поля с убываю­щей до нуля амплитудой (кривая а на рис. 12.1).

3) основную (коммутационную) кривую намагничивания, представляющую собой геометрическое место вершин симметричных петель гистерезиса, полу­чающихся при циклическом перемагничивании (кривая б на рис. 12.1).

 

Рис. 12.1. Кривые намагничивания

 

Основная кривая намагничивания является важнейшей характеристикой магнитных материалов, 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) и участок насыщения (выше верхнего колена кривой).

Магнитная проницаемость характеризует способность материала намагничиваться. Относительная магнитная проницаемость показывает во сколько раз магнитная индукция поля B, созданного в материале больше чем в вакууме (m = 1 + k_m). Определяется по основной кривой намагничивания как отношение индукции B к напряженности магнитного поля H в данной точке кривой намагничивания:

 

, (12.1)

 

где m₀ = 4p 10^–7 Гн/м – магнитная постоянная.

Кроме относительной магнитной проницаемости в электротехнике пользуются также абсолютной, имеющую размерность Гн/м: m _a = m m₀ = B / H, а также некоторыми другими ее видами.

Наиболее часто используют понятия нормальной магнитной проницаемо­сти m _a, начальной m_нач, максимальной m_maх, дифференциальной m_диф.

Для точки А (рис. 12.2) магнитная проницаемость m _A определяется как тангенс угла наклона секущей ОА к оси абсцисс, т. е.

 

 

Рис. 12.2. Основные участки кривой намагничивания

 

Начальная и максимальная магнитные проницаемости определяются как частные случаи нормальной проницаемости, т. е. наклон касательной на началь­ном участке кривой B=f(H) характеризует начальную проницаемость, а наклон прямой, проведенной из начала координат в точку верхнего перегиба кривой, со­ответствует максимальной проницаемости.

 

 

 

Дифференциальную проницаемость m_диф определяют как производную от магнитной индукции по напряженности магнитного поля для любой точки кри­вой намагничивания, т. е. она представляет собой тангенс угла между осью абс­цисс и касательной к кривой намагничивания в этой точке:

 

.

 

Понятие m_дифчаще всего используют при анализе вопросов, связанных с одновременным действием на магнитный материал постоянного и переменного магнитных полей.

В данной работе для получения основной кривой намагничивания В (Н) используют метод, заключающийся в следующем: на кольце из ферромагнитного материала расположены две обмотки (рис. 12.3). Первичная (намагничивающая) обмотка содержит w₁ витков, а вторичная с числом витков w₂ предназначена для измерения величины магнитной индукции В.

 

Рис. 12.3. Схема электрическая функциональная установки для получения
основной кривой намагничивания.

 

Напряженность магнитного поля, которое создается в кольцевом сердечнике при протекании по первичной обмотке тока i ₁, рассчитываются по формуле:

 

, (12.2)

 

где w₁ – число витков первичной обмотки; l _ср – длина средней линии сер­дечника; i ₁ – действующее значение тока в обмотке, w₁ и l _ср указаны на корпусе испытуемого минимодуля.

ЭДС, наводимая во вторичной обмотке, является производной от потокосцепления по времени:

 

, (12.3)

 

где Y – потокосцепление в сердечнике, определяется из формулы:

 

(12.4)

 

где w₂ – число витков во вторичной обмотке; Ф – магнитный поток в сердечнике.

 

(12.5)

 

где В – индукция магнитного поля; S _м – эффективная площадь сечения магнитопровода.

Для измерения изменения ЭДС во вторичную цепь вводится интегратор – RC-звено с постоянной времени t = RC, где Rи С – сопротивление и емкость RC-цепи.

Путем математических преобразований выражений (12.3–12.5) полу­чаем

 

. (12.6)

 

Значения w₂ и S указаны на корпусе испытуемого минимодуля. Для упрощения расчетов можно объединить постоянные параметры в коэффици­ент k _В.

 

,

 

где .

Зная значение магнитной индукции В и напряженности магнитного поля Н, найдем магнитную проницаемость из (12.1)

 

12.4. Используемое оборудование

 

Модули «Функциональный генератор», «Магнитомягкие материалы и тепловой коэффициент сопротивления/емкости», «Модуль питания», минимодуль «Ферромагнетик. Точка Кюри», соединительные проводники.