4. 3. Потери в ферромагнитных материалах

Затраты энергии, которые идут на перемагничивание ферромагнетиков, на возникновение вихревых токов в переменном магнитном поле, на магнитную вязкость материала – создают так называемые потери, которые можно разделить на следующие виды:

а) потери на гистерезис Рг, пропорциональны площади петли гистерезиса

Рг = η∙f∙∙V, Вт (4.11)

где η – коэффициент гистерезиса для данного материала;

f – частота поля, Гц;

В_max – максимальная индукция, Тл;

V – объем образца, м³;

n ≈ 1,6...2 – значение показателя степени;

б) потери на вихревые токи

Рв.т. = ξ∙f²∙В_max∙V, Вт (4.12)

где ξ – коэффициент, зависящий от удельного электрического сопротивления материала и от формы образца;

в) потери на последействие Рп.с., (потери на магнитную вязкость), которые не поддаются аналитическому расчету и определяются исходя из полных потерь Р, Рг и Рв.т. по формуле

Рп.с. = Р – Рг – Рв.т. (4.13)

Потери на вихревые токи можно уменьшить, увеличивая электрическое сопротивление ферромагнетика. Для этого магнитопровод, например для трансформаторов, набирают из отдельных тонких, изолированных друг от друга пластин ферромагнетика.

4. 4. Энергия в зазоре ферромагнетика

На практике иногда применяют ферромагнетики с разомкнутой магнитной цепью, т.е. имеющие, например, воздушный зазор, обладающий большим магнитным сопротивлением. В теле, имеющем воздушный зазор, возникают свободные полюса, создающие размагничивающее поле, направленное навстречу внешнему намагничивающему полю. Происходит снижение индукции тем большее, чем шире воздушный зазор. Это проявляется в электромашинах, магнитных подъемных устройствах и др.

Энергия в зазоре (W_L), например, постоянного магнита, выражается формулой

, Дж/м³, (4.14)

где В_L и Н_L – собственно индукция и напряженность поля при данной длине воздушного зазора.

Изменяя подаваемую напряженность на ферромагнетик, можно получить в данном зазоре максимальную энергию.

Для нахождения W_max пользуются диаграммой, на которой по кривой размагничивания для магнитного материала, расположенной во втором квадранте (участок петли гистерезиса), строят кривую энергии в зазоре, задаваясь различными значениями В (или Н). Зависимость W_L от В_L и Н_L показана на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Энергия в воздушном зазоре ферромагнетика

Чтобы определить напряженность поля Н, при которой будет максимальная энергия в зазоре магнита, нужно провести касательную к максимальной энергии (в точке А), а от нее провести горизонтальную линию до пересечения с петлей гистерезиса во втором квадранте. Затем опустить перпендикуляр до пересечения с координатой Н. Точка Н_L2 будет определять искомую напряженность магнитного поля.

Вопросы для самоконтроля

1. На что тратится энергия в ферромагнитных материалах при их работе в переменном магнитном поле?

2. Какие виды потерь в ферромагнетиках Вы знаете?

3. Каким образом можно уменьшить потери на вихревые токи при данных условиях работы ферромагнетика?

4. Как определить напряженность магнитного поля по диаграмме W = (В и Н), чтобы получить максимальную энергию в зазоре магнита?