Применение магнитных материалов

В радиоэлектронике магнитные материалы используются в качестве магнитопроводов трансформаторов и магнитных сердечников катушек индуктивности [6,1,16]. Выбор магнитного материала (электротехнические стали, пермаллои, ферриты) зависит от назначения и свойств трансформатора. Для низкочастотных силовых трансформаторов используют холоднокатаные текстурированные ленточные стали. Они имеют малые удельные потери, высокую индукцию насыщения, высокую магнитную проницаемость. Для сигнальных трансформаторов широко применяются пермаллои: 50НП, 79НМ, 80НХС.

Ферриты используются в трансформаторах, работающих на высоких частотах (десятки и сотни кГц). Их применение ограничено низкой индукцией насыщения (B_S = 0,4 - 0,5 Тл) и сильной температурной зависимостью параметров. В основном используются марганец–цинковые ферриты марок: 6000НМ, 4000НМ, 2000НМ.

Регистрация петли гистерезиса магнитного материала

Петлю гистерезиса - основную интегральную характеристику магнитного материала, можно получить на экране электроннолучевой трубки осциллографа. Для этого магнитный материал ММ (для упрощения расчетов его форма должна быть тороидальной) помещается в магнитное поле, создаваемое переменным током I в обмотке w₁ (рис. 4.3.7). Напряженность магнитного поля, пронизывающего тороидальный сердечник, определяется по формуле

H = ₀ w₁I. (4.3.5)

Рис. 4.3.7. Упрощенная схема лабораторного стенда для исследования петель гистерезиса ферро- и ферримагнетиков

На горизонтально отклоняющие пластины электроннолучевой трубки осциллографа подается напряжение U_Х , пропорциональное току (и, соответственно, магнитному полю Н). По закону Ома напряжение на горизонтально отклоняющих пластинах осциллографа определяется по формуле

U_Х = IR₁ = R₁H/(₀ w₁), (4.3.6)

где w₁ - число витков первичной обмотки трансформатора, R₁ - сопротивление, Н - напряженность магнитного поля.

Во вторичной обмотке тороидального трансформатора источником тока I является ЭДС индукции Е

Е = - dФ/dt, (4.3.7)

где Ф - поток магнитной индукции через поверхность, охватываемую всеми витками вторичной обмотки трансформатора:

Ф = BSw₂. (4.3.8)

Здесь S - площадь, охватываемая одним витком, w₂ - число витков вторичной обмотки. Тогда

E = - Sw₂(dB/dt). (4.3.9)

Закон Ома для вторичной цепи имеет вид

E = U_c + IR₂, (4.3.10)

где U_С - напряжение на обкладках конденсатора, С - емкость конденсатора, q - заряд конденсатора. Напряжение на конденсаторе

. (4.3.11)

Если R₂ велико (~10⁵ Ом), то U_c << IR₂ и

E = IR₂ = -Sw₂(dB/dt), (4.3.12)

откуда

. (4.3.13)

Подставляя значение I в выражение (4.3.11), получаем, что напряжение, подаваемое на вертикально отклоняющие пластины осциллографа, равно

. (4.3.14)

Таким образом, на вертикально отклоняющие пластины осциллографа благодаря наличию интегрирующей цепочки R₂C подается напряжение U_У, пропорциональное магнитной индукции В, и на экране получается петля гистерезиса B = f(H).

В лабораторном стенде для исследования петель гистерезиса магнитных материалов (рис. 4.3.7) в качестве источника переменного сигнала используется генератор низкочастотных сигналов Г3 -102. Геометрические параметры исследуемых образцов (тороидальные трансформаторы с сердечниками из феррита, пермаллоя, электротехнической стали) приведены в таблице, которая находится на рабочем месте.