Характеристика магнитных свойств ферромагнитных материалов

Основные физические величины и соотношения

Основы теории магнетизма

Нагрузкой электрических цепей, в общем случае, являются электромагнитные устройства. Их работа основана на использовании электромагнитного поля.

К электромагнитным устройствам относятся трансформаторы, генераторы, электродвигатели, преобразователи, электроизмерительные приборы, реле, муфты и другие.

Разработанная теория магнитного поля позволяет не только понять механизм действия магнитного поля, но и рассчитать электромагнитные устройства. Рассмотрим ее основы.

Основные физические величины, описывающие магнитное поле, известны из курса физики. К ним относятся: магнитная индукция, магнитный поток, намагниченность, напряженность магнитного поля, магнитная проницаемость.

Магнитная индукция В определяется силой, испытываемой единичным зарядом Q, движущимся в магнитном поле со скоростью V:

. (10.1)

Магнитная индукция измеряется в теслах [Тл].

Магнитный поток - это поток вектора магнитной индукции через площадь S:

. (10.2)

В однородном магнитном поле, перпендикулярном площади S, магнитный поток:

. (10.3)

Магнитный поток измеряется в веберах [Вб]:

.

Намагниченность есть магнитный момент единицы объема вещества:

, (10.4)

где - вектор магнитного момента элементарного контура:

.

Напряженность магнитного поля Н связана с магнитной индукцией В и намагниченностью М зависимостью:

, (10.5)

где - магнитная постоянная, причем:

Гн/м.

Намагниченность и напряженность магнитного поля измеряются в А / М.

Для ферромагнитных материалов:

, (10.6)

где - относительная магнитная проницаемость.

Воздействие магнитного поля бывает двух видов:

1. Индуктивное воздействие.

В этом случае в перемещаемом в магнитном поле проводнике возникает электродвижущая сила. Если же это поле переменное, то э.д.с. возникает в неподвижном проводнике.

2. Электромагнитное воздействие.

В этом случае на проводник с током в магнитном поле действует сила со стороны поля.

Ферромагнитные материалы характеризуют зависимостью магнитной индукции от напряженности магнитного поля:

.

Эта зависимость устанавливается опытным путем. На рис. 8.1. приведено ферромагнитное кольцо с обмоткой в виде витков провода. Если увеличивать

ток в витках, то Н и В будут возрастать от нулевых значений по кривой начальной намагниченности (рис.8.2). Участок «оа» кривой есть начальная область, «аб» - область интенсивного намагничивания, «бв» - колено кривой, «вг» - участок насыщения, на котором намагниченность постоянная.

Отношение есть абсолютная магнитная проницаемость, причем

,

где - относительная магнитная проницаемость.

Относительная магнитная проницаемость зависит от Н и может изменяться от единиц до десятков тысяч. Она показывает, во сколько раз магнитная проницаемость материала больше магнитной проницаемости вакуума.

Намагничивание сопровождается отставанием изменения от. Это обусловлено внутренним трением между границами областей самопроизвольного намагничивания и потерей энергии. Поэтому при циклическом изменении Н зависимость В = f (H) приобретает вид петли гистерезиса (рис.8.3). На рисунке В_r - остаточная намагниченность, Н_С - коэрцитивная сила. Площадь петли гистерезиса пропорциональна энергии, выделяющейся в единице объема ферромагнитного материала за один цикл перемагничивания.

Ферромагнитные материалы бывают магнитотвердые и магнитомягкие. Магнитомягкие используются для изготовления магнитопроводов. К таким материалам относятся:

-технически чистое железо,

-листовая электротехническая сталь (железокремнистая),

-железоникелевые стали (пермаллой).

Кривые намагничивания этих материалов приведены на рис.8.4.

График кривой намагничивания используется для выбора материалов при расчете электромагнитных устройств.

Дата добавления: 2014-01-06