Виды потерь в магнитных материалах. Факторы, оказывающие влияние на потери

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТОМЯГКИХ МАТЕРИАЛОВ

Выполнили:	Балаев П. Беляева А. Баннов А. Вайнюнский Д. Глушко А.
Группа:	ЭР-02-19
Проверил:	Сутченков А. А.

Москва 2020

Цель работы - изучение процессов, протекающих в магнитомягких материалах в магнитном поле; исследование основных характеристик магнитомягких материалов по кривой намагничивания.

Магнитными материалами называются вещества, обладающие магнитными свойствами, т.е. способностью намагничиваться в магнитном поле и тем самым приобретать магнитный момент.

Магнитные свойства вещества характеризуются магнитной восприимчивостью:

Магнитное поле в материале, кроме напряженности поля , создаваемой током в намагничивающей обмотке, зависит также от магнитных свойств материала. Полная магнитная индукция в материале составляет , где первый и второй члены правой части представляют собой соответственно составляющие внешнего и внутреннего поля.

Одним из основных магнитных параметров материала является магнитная проницаемость. Различают абсолютную и относительную магнитные проницаемости материала.

По значению магнитной восприимчивости , ее зависимости от напряженности магнитного поля, температуры и других факторов выделяют следующие пять основных видов магнитных материалов: диа-, пара- и антиферромагнетики образуют группу слабомагнитных материалов; ферро- и ферримагнетики относятся к группе сильномагнитных материалов.

Все ферромагнетики характеризуются: большим значением , способностью намагничиваться до насыщения при обычных температурах даже в слабых полях, гистерезисом — зависимостью магнитных свойств от предшествующего состояния, точкой Кюри — предельной температурой, выше которой материал теряет ферромагнитные свойства. Ферромагнетизм заключается в существовании в веществе областей — доменов, в пределах которых материал намагничен до состояния насыщения.

Магнитные свойства материалов описываются зависимостями В от Н и потерь на перемагничивание Р от магнитной индукции и частоты внешнего поля. Зависимость вида В(Н) называют кривой намагничивания. При циклическом перемагничивании кривая намагничивания образует петлю гистерезиса.

1. Петля гистерезиса при различных значениях амплитуды магнитного поля

Частная петля 1 гистерезиса — петля, полученная при циклическом изменении напряженности, если .

Предельная петля 2 гистерезиса — петля, полученная при циклическом изменении напряженности .

Основная кривая намагничивания 3 представляет собой геометрическое место вершин симметричных петель гистерезиса, получающихся при циклическом перемагничивании или при монотонном увеличении напряженности поля в предварительно размагниченном образце.

Остаточная индукция — индукция, которая остается в предварительно намагниченном образце после снятия внешнего магнитного поля;

Коэрцитивная сила — размагничивающее поле, которое должно быть приложено к образцу, чтобы индукция стала равной нулю.

Потери на гистерезис в единице объема образца магнитного при одном цикле перемагничивания определяются площадью петли гестерезиса. Потери на перемагничивание состоят в основном из потерь на гистерезис и потерь на вихревые токи:

Название	L, м	S, м²	N₁	N₂
Пермаллой 1	0,08	1,5∙10^-5	119	106

Определим значения параметров предельной петли гистерезиса:

Определим коэффициент прямоугольности петли:

Отсчет	0	1	2	3	4	5	6	7	8
Напряженность	-6,64	-10,98	-12,91	-14,57	-15,96	-16,98	-17,67	-18,15	-18,58
Индукция	0,045	0,0026	0,0242	0,0431	0,0588	-0,071	-0,081	-0,089	-0,095

Отсчет	130	131	132	133	134	135	136	137	138
Напряженность	8,3	9,264	10,17	11,08	11,94	12,74	13,49	14,24	14,99
Индукция	0,007	0,00285	0,012	0,022	0,032	0,041	0,051	0,061	0,071

Название	L, м	S, м²	N₁	N₂
Феррит 2000 HM-05-05	0,0816	3,6∙10^-5	106	96

Определим значения параметров предельной петли гистерезиса:

Отсчет	0	1	2	3	4	5	6	7	8
Напряженность	-114,9	-92,97	-82,59	-73	-64,3	-56,59	-49,76	-43,58	-37,93
Индукция	-0,252	-0,248	-0,245	-0,243	-0,241	-0,239	-0,237	-0,235	-0,233

Отсчет	55	56	57	58	59	60	61	62	63
Напряженность	23,48	23,52	23,57	23,66	23,85	24,18	24,55	24,97	25,39
Индукция	-0,014	-0,007	-0,0006	0,006	0,013	0,019	0,026	0,033	0,039

Потери посчитаем, пользуясь квадратичной аппроксимацией кривой петли гистерезиса:

Для получившейся петли гистерезиса справедлива квадратичная аппроксимация

Соответственно активные потери в образце на частоте :

Параметры образца:

Вывод:

Как мы видим, петли гистерезиса, полученные экспериментально, похожи на теоритические (пермалой соответствует первой картинке (магнитно-мягким материалам), а феррит соответствует третей картинке(магнитный материал с прямоугольной петлей гистерезиса) пермаллой - железоникелевый сплав, обладающий большой магнитной проницаемостью в области слабых полей и маленькую коэрцитивную силу. Наш образец содержит примерно 70% никеля.

Ферриты - это соединения двойных окислов железа и одно-, двухвалентных металлов (никеля, цинка, марганца, бария, лития и др.), обладающие свойствами ферромагнетизма.

Феррит 2000 НМ:
Свойства: большие и для слабых и сильных магнитных полей на частотах до 30 МГц.

Применение: сердечники для бытовой и специальной РЭА и аппаратуры проводной дальней связи.

С ростом частоты переменного магнитного поля (числа циклов перемагничивания в единицу времени) к гистерезисным потерям добавляются другие потери, которые связаны с вихревыми токами и магнитной вязкостью. Соответственно площадь петли гистерезиса при высоких частотах увеличивается.

Контрольные вопросы

Виды потерь в магнитных материалах. Факторы, оказывающие влияние на потери

Магнитные потери – потери на перемагничивание ферромагнетиков. Складываются из потерь на гистерезис, на вихревые токи и на магнитное последействие.

Потери на гистерезис обусловлены необратимыми процессами перемагничивания. Потери на гистерезис за один цикл перемагничивания (т.е. за один период изменения поля), отнесенные к единице объема вещества, определяются площадью статической петли гистерезиса.

Потери на вихревые токи. В проводящей среде за счет ЭДС самоиндукции, пропорциональной скорости изменения магнитного потока, возникают вихревые токи. Вихревые токи нагревают проводники, в которых они возникли. Это приводит к потерям энергии в магнитопроводах (в сердечниках трансформаторов и катушек переменного тока, в магнитных цепях машин). Для уменьшения потерь на вихревые токи необходимо использовать материал с повышенным удельным сопротивлением, либо собирать сердечник из тонких слоев, изолированных друг от друга.

Потери на магнитное последействие обусловлены магнитной вязкостью – отставанием во времени магнитной индукции от изменения напряженности магнитного поля. Спад намагниченности ферромагнетиков происходит не мгновенно, а в течение некоторого промежутка времени. Время установления стабильного магнитного состояния существенно возрастает с понижением температуры. Одна из основных причин магнитного последействия – тепловая энергия, которая помогает слабо закрепленным доменным границам преодолевать энергетические барьеры, мешающие их свободному смещению при изменении поля. Физическая природа потерь на магнитное последействие во многом аналогична релаксационной поляризации диэлектриков.

Вид и размеры петли гистерезиса, в различных ферромагнетиках могут меняться в широких пределах. Например, в чистом железе НС= 100 А/м, в сплаве магнико НС= 50 кА/м. На петлю магнитного гистерезиса сильно влияет обработка материала, при которой изменяется число дефектов. Площадь петли магнитного гистерезиса равна энергии, теряемой в образце за один цикл изменения поля. Эта энергия идёт, в конечном счёте, на нагревание образца. В тех случаях, когда потери на гистерезис нежелательны (например, в сердечниках трансформаторов, в статорах и роторах электрических машин), применяют магнитно-мягкие материалы, обладающие малым НСи малой площадью петли гистерезиса. Для изготовления постоянных магнитов, напротив, требуются магнитно-жёсткие материалы с большим НС. С ростом частоты переменного магнитного поля (числа циклов перемагничивания в единицу времени) к гистерезисным потерям добавляются другие потери, связанные с вихревыми токами и магнитной вязкостью. Соответственно площадь петли гистерезиса при высоких частотах увеличивается. Такую петлю иногда называют динамической петлей, в отличие от описанной выше статической петли.

Магнитострикция – явление, заключающееся в том, что при изменении состояния намагниченности тела его объём и линейные размеры изменяются. Эффект (открыт Джоулем в 1842 году) вызван изменением взаимосвязей между атомами в кристаллической решётке и поэтому свойствен всем веществам. Изменение формы тела может проявляться, например, в растяжении, сжатии, изменении объёма, что зависит как от действующего магнитного поля, так и от кристаллической структуры тела. Наибольшие изменения размеров обычно происходят у сильномагнитных материалов.

Дата добавления: 2021-01-21; просмотров: 255; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!