7.2. Магнитные свойства и характеристики ферромагнитных материалов. Классификация магнитных цепей

Все материалы по магнитным свойствам подразделяют на две группы: ферромагнитные (железо, кобальт, никель, гадолиний и некоторые другие материалы и сплавы) и неферромагнитные (все материалы, за исключением ферромагнитных, например дерево). Различные магнитные свойства материалов наглядно характеризуются зависимостью В=f(Н), графическое изображение которой называют кривой намагничивания (рис. 7.1). Для неферромагнитных материалов зависимость В=f(Н) является линейной (кривая 4), а для ферромагнитных — существенно нелинейной (кривая 1).

Производная dВ/dН дает зависимость абсолютной магнитной проницаемости μ_a от напряженности магнитного поля Н: μ_a =f(H) (кривые 2 и 3). Нелинейный характер кривых В =f(H) и μ_a =f(H) для ферромагнитных материалов оказывает большое влияние на расчет магнитных цепей.

Ферромагнитные материалы подразделяют на магнитомягкие и магнитотвердые.

Магнитомягкие материалы — технически чистое железо, электротехнические конструкционные стали, пермаллои, некоторые типы ферритов имеют небольшую коэрцитивную силу до 100 А/м, т. е. узкую петлю

гистерезиса.

Магнитотвердыематериалы - мартенситиые стали, сплавы железа, никеля, алюминия, кобальта и некоторые типы ферритов - имеют значительнобольшую коэрцитивную силу, до 3,2· 10⁵А/м и выше, а следовательно, широкую петлю гистерезиса. Поэто­му потери энергии на перемагничивание для магнитомягких мате­риалов ниже, чем для магнитотвердых. Это происходит потому, что потери прямо пропорциональны площади петли гистерезиса.

Магнитомягкие материалы используют в устройствах с изменя­ющимися магнитными полями; магнитотвердые применяют, в частности, для изготовления постоянных магнитов.

Основной магнитный материал, используемый в электротехни­ческих устройствах, — электротехническая сталь различных марок, представляющая собой сплав железа с кремнием (кремния 0,5... 5 %). Такие стали отличаются хорошими электромагнитными свойства­ми, высокой магнитной проницаемостью, малыми потерями энер­гии на вихревые токи и перемагничивание.

Различные ферромагнитные, материалы обладают неодинако­вой способностью намагничиваться. Так, при одинаковой напря­женности H магнитного поля величина магнитной индукции В для электротехнической стали во много раз больше, чем для чугуна. Кривая намагничивания как основная характеристика материалов для электротехнических устройств получена русским электротех­ником А. Г. Столетовым в 1881 г.

По электромагнитным свойствам магнитные цепи можно раз­делить на следующие четыре группы.

1. Магнитные цепи е постоянной МДС (магнитные цепи постоян­ного тока). Магнитные потоки таких цепей создаются обмотками (катушками), расположенными на ферромагнитных магнитопроводах; питание обмоток осуществляется постоянным током.

2. Магнитные цепи с переменной МДС (магнитные цепи перемен­ного тока). Магнитные потоки таких цепей создаются обмотками, расположенными на магнитопроводах, ток в которых является переменной величиной, зависящей от времени.

3. Магнитные цепи с постоянной и переменной МДС (магнитные цепи постоянного и переменного тока). Магнитные потоки таких цепей создаются двумя МДС, одна из которых обусловлена посто­янным током, а другая — переменным.

4. Магнитные цепи с постоянными магнитами. К таким цепям относятся устройства, в которых для получения магнитного пото­ка используют постоянные магниты.

По своей конфигурации магнитные цепи можно разделить на два вида: неразветвленные и разветвленные, которые, в свою оче­редь, могут быть симметричными и несимметричными. Симмет­ричной магнитной цепью является такая цепь, в которой условия для прохождения магнитных потоков отточки разветвления обще­го магнитного потока одинаковы для каждой ветви, т.е. одинако­вы геометрические размеры и материал магнитопровода. Симмет­ричные магнитные цепи часто встречаются в электрических ма­шинах, трансформаторах, электроизмерительных приборах и др.

Кроме того, магнитные цепи могут быть однородными и неод­нородными. Однородной магнитной цепью является такая цепь, в которой условия для прохождения магнитного потока вдоль не-разветвленного участка цепи не изменяются, т.е. сечение и мате­риал остаются постоянными.