МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Магнитные материалы делят на три основные группы: магнитомягкие — обычно используются в качестве магнитопроводов; магнитотвердые — используются как источники магнитного поля; материалы со специальными свойствами (термомагнитные, магнитострикционные и др.).

Для рационального использования магнитных материалов в соответствии с назначением и режимом работы необходимо

Рис. 15-25. Основная кривая намагничивания и семейство петель магнитного гистерезиса

Рис. 15-26. Кривые намагничивания и магнитной проницаемости

располагать сведениями об их характеристиках и параметрах.

Характеристики магнитных материалов, определенные в постоянном магнитном поле, называют статическими. Характеристики, определенные в переменном поле, называют динамическими. Основные характеристики магнитных материалов и методы их определения регламентируются соответствующими государственными стандартами СССР.

К основным статическим характеристикам и параметрам магнитных материалов относят: основную кривую намагничивания; симметричную предельную петлю магнитного гистерезиса, площадь которой пропорциональна энергии, затраченной на перемагничивание вещества, и точки пересечения ее с осями координат — остаточную индукцию коэрцитивную силу индукцию насыщения относительную магнитную проницаемость ее начальное нач и максимальное значения (рис. 15-25 и 15-26).

По основной кривой намагничивания можно определить значения относительной нормальной магнитной проницаемости для каждой точки основной кривой и построить зависимость магнитной проницаемости от напряженности намагничивающего поля (рис. 15-26).

Магнитная индукция и напряженность магнитного поля связаны соотношением где В — магнитная индукция; Н — напряженность намагничивающего поля; — магнитная постоянная — относительная магнитная проницаемость материала.

Все характеристики, рассмотренные выше, относятся к характеристикам магнитного вещества, и при их определении магнитная цепь образца должна быть замкнута. При разомкнутой магнитной цепи необходимо учитывать собственное поле

Рис. 15-27. Основные кривые намагничивания для замкнутой и разомкнутой магнитной цепи

образца — так называемое размагничивающее поле Н,которое направлено встречно внешнему намагничивающему полю. Из рис. 15-27 видно, что если магнитная цепь образца разомкнута, то при помещении его в поле напряженностью Н индукция в материале определяется не точкой а, а точкой а, соответствующей напряженности поля

Построение характеристик материала по данным, полученным для разомкнутой цепи, возможно лишь для некоторых форм образцов (например, эллипсоида).

Динамические характеристики в значительной степени зависят не только от качества самого материала, но и от формы и размеров образца, формы кривой и частоты намагничивающего поля и т. д.

При намагничивании магнитного материала переменным периодически изменяющимся магнитным полем магнитная индукция изменяется по кривой, которая называется динамической петлей.

Площадь динамической петли определяет полную энергию, рассеиваемую за цикл перемагничивания, т. е. потери энергии за счет гистерезисных явлений, вихревых токов, магнитной вязкости и др. Семейство симметричных динамических петель характеризует магнитный материал при данных размерах образца, форме кривой и частоте поля. Геометрическое место вершин динамических петель называется динамической кривой намагничивания.

Важными параметрами магнитных материалов при намагничивании в переменных магнитных полях являются различные виды магнитной проницаемости.

Так, например, если динамическая петля гистерезиса имеет форму эллипса, либо ее можно заменить эквивалентным эллипсом, используют комплексную магнитную проницаемость — отношение комплексов индукции В и напряженности магнитного поля Н:

где — амплитудная проницаемость; — амплитуды магнитной индукции и напряженности магнитного поля; — угол потерь.

Важной динамической характеристикой являются потери энергии в материале при его намагничивании. При испытаниях магнитных материалов определяют суммарные потери как функцию амплитуды индукции и частоты. Часто пользуются понятием «удельные потери», понимая под ним потери при намагничивании единицы массы образца.

Динамические характеристики магнитных материалов изменяются, если на материал, кроме переменного поля, действует еще и постоянное. Магнитное состояние материала в этом случае изменяется по несимметричной петле магнитного гистерезиса, форма и размеры которой зависят от соотношения напряженности постоянного и переменного полей и свойств материала.

Образцы для испытаний.

Испытания магнитных материалов стремятся проводить при равномерном намагничивании материала, когда индукция в различных сечениях образца одинакова. Магнитная цепь при испытаниях может быть замкнутой или разомкнутой. Намагничивающая обмотка может быть одно- и многовитковой. Образец из испытуемого материала обычно имеет форму кольца, стержня или пластины.

Форма и размеры образца, способ намагничивания, метод испытания и аппаратура, определяемые параметры и характеристики регламентируются соответствующими государственными стандартами.

Наилучшей формой образца для испытания магнитного материала в замкнутой магнитной цепи является кольцо. Кольцевые образцы при правильном выборе их размеров не испытывают влияния собственных полей рассеяния и обеспечивают достаточно равномерное намагничивание. Обычно размеры кольца выбирают так, чтобы Намагничивающую и измерительную обмотки навивают по периметру кольца. Напряженность намагничивающего поля в этом случае подсчитывается по формуле где — число витков намагничивающей обмотки; I — сила тока в намагничивающей обмотке; средний радиус; и — наружный и внутренний радиусы.

Испытание материала при кольцевой форме образца обеспечивает наибольшую точность результатов, однако изготовление таких образцов и наматывание на них обмоток отличаются сложностью и трудностью получения в них больших напряженностей намагничивающих полей.

При испытаниях магнитных материалов часто пользуются специальными устройствами — пермеаметрами, которые позволяют проводить испытания образцов в виде полос и стержней в замкнутой магнитной цепи, образуемой массивным ярмом из магнитомягкого материала или из испытуемого материала.

При испытании магнитомягких материалов с высокой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой используют обычно кольцевые образцы, а при невозможности их изготовления испытания проводят в разомкнутой магнитной цепи.

Испытание в разомкнутой цепи часто применяют при определении коэрцитивной силы магнитотвердых материалов.