Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции по ЭТМ.doc
Скачиваний:
26
Добавлен:
04.11.2018
Размер:
1.11 Mб
Скачать
  1. Магнитные материалы.

По магнитным свойствам все вещества подразделяются на магнитные и немагнитные.

Магнитные: ферромагнетики (низкочастотные, μ>>1, μ=f(H), Fe, Ni, Co и их сплавы) и ферримагнетики/ферриты/ (высокочастотные, керамика из Fe2O3+MeO).

Немагнитные: диамагнетики (μ≈1, μ<1 и не зависит от напряжённости магнитного поля Н), парамагнетики (μ≈1,μ≥1 и не зависит от Н).

    1. Характерные особенности магнитных материалов.

  • наличие доменной структуры

  • μ>>1, μ=f(H)

  • малое магнитное сопротивление

  • свойство намагничиваться

Домены – макрообласти, обладающие магнитным моментом , образованные некомпенсированными спинами.

Спин – вращение электрона вокруг своей оси.

– магнитные моменты доменов – при направлены хаотично, и результирующий магнитный момент вещества .

При H>0 происходит ориентация магнитных моментов в направлении Н – намагничивание.

Намагничивание – это процесс ориентации магнитных доменов в направлении внешнего магнитного поля.

Намагничивание характеризуется ориентацией:

  • изменение размеров и границ доменов в слабых полях () увеличиваются размеры доменов, у которых магнитный момент совпадает с внешним магнитным полем, и уменьшаются, у которых магнитный момент противоположен с внешнему магнитному полю.

  • поворот магнитного момента в направлении внешнего магнитного поля.

Магнитное насыщение – это полное намагничивание, т.е. все магнитные моменты сориентированы в направлении внешнего магнитного поля, в этом случае – индукция насыщения.

    1. Области применения магнитных материалов.

  1. Для изготовления магнитопроводов (сердечников в различных устройствах, трансформаторах, электродвигателях, генераторах и др.), в которых концентрируется магнитный поток Φ.

, где F – магнитодвижущая сила.

Уменьшаются потоки рассеивания – часть магнитного потока, созданного в первичной обмотке, не пересекающая площадь витков вторичной обмотки w2 рассеивается.

  1. Для увеличения XL=ωL.

L=μμ0w2S=μL0, где S – площадь сечения сердечника, а w – число витков катушки.

При этом в √μ уменьшается число витков w1 и w2 (уменьшается расход меди).

  1. Для изготовления постоянных магнитов (магнитотвёрдых магнитных материалов). Они являются источниками постоянного магнитного поля и применяются в магнито-электронных измерительных приборах, электронно-лучевых трубках, отклоняющих системах и т.д.

    1. Характеристики магнитных материалов.

Основная зависимость .

– индукция вне магнитного материала (в воздухе).

μ0=4π∙10-7 Гн/м – абсолютная магнитная проницаемость вакуума – магнитная постоянная.

В соответствии с законом полного тока , с другой стороны – МДС на единицу длины.

; ; – индукция за счёт намагничивания.

  1. Н

    Рисунок 3.1

    КН – начальная кривая намагничивания – это B=f(H), которая снимается в постоянном магнитном поле с предварительно размагниченного материала.

  2. ОКН – основная кривая намагничивания – зависимость B=f(H), соединяющая вершины петель гистерезиса, полученных в постоянном магнитном поле при различных значениях Н.

2’. ДКН – динамическая кривая намагничивания – Bm=f(H) – соединяет вершины петель гистерезиса, полученных в переменном магнитном поле.

  1. Предельная петля гистерезиса. Соответствует полному циклу намагничивания – насыщению.

BS – индукция насыщения – наибольшее значение В, соответствующее полному намагничиванию.

Br – остаточная индукция (при Н=0).

НС – коэрцитивная сила – напряжённость магнитного поля при Br=0. необходимая для уменьшения Br до нуля (задерживающая сила, препятствующая намагничиванию).

Потери на намагничивание пропорциональны площади петли гистерезиса (HCBr).

Абсолютная магнитная проницаемость μа=μμ0(Гн/м).

О

Рисунок 3.16

тносительная магнитная проницаемость показывает во сколько раз μа больше μ0 или во сколько раз индукция внутри магнитного материала больше индукции в воздухе(вакууме).

μmax – наибольшее значение μ.

При насыщении μа→μ0, μ→1, LLo, XLXLo.

, , , l – средняя длинна магнитной силовой линии.

Потери в магнитном материале – это энергия, теряемая в магнитном материале, находящимся в магнитном поле.

  1. Потери на гистерезис (на намагничивание): Pr=krBmnfV, где f – частота, Vобъём магнитного материала, 2>n>1 для электротехнической стали (Fe+Si<5%) n=1.7.

  2. Потери на вихревые токи: , где h – толщина пластинки, ρ – удельное электрическое сопротивление магнитного материала сердечника.

  3. Потери на магнитное последействие (резонансные потери).

Способы уменьшения потерь в сердечнике.

  1. Шихтовка – набор сердечника из тонких пластин толщиной h, которые покрыты лаком или другим диэлектриком (только на низких частотах).

  2. у

    Рисунок 3.17

    величение ρ магнитного материала сердечника (на высокой частоте). Применяют высокочастотные магнитные материалы (магнитодиэлектрики): порошок магнитного материала в смеси с диэлектриком, ферриты (Fe2O3), Fe2O3+NiO+ZnO2.

ρFe2O3>106ρFe.