Свойства ферромагнитных материалов.

 

При изменении магнитного поля в ферромагнитном материале часть энергии магнитного поля преобразуется в тепло, эти потери называют "потерями в стали". Иногда в практических расчетах используют так называемые удельные потери в стали . Потери в стали состоят из потерь от гистерезиса (потерь от перемагничивания) и динамических потерь.

Потери от гистерезиса вызываются необратимыми процессами в стали при перемене ориентации областей самопроизвольного намагничивания (доменов) и пропорциональны частоте:

 

где , - коэффициенты, зависящие от сорта материала,

В_m - амплитуда магнитной индукции,

f - частота изменения магнитного потока.

Потери от гистерезиса тесно связаны с размерами петли гистерезиса. При грубых расчетах их считают пропорциональными площади петли.

Динамические потери вызываются вихревыми токами, индуктированными в массе ферромагнитного материала:

где - коэффициент, зависящий от сорта стали, толщины листов сердечника.

Одним из эффективных способов уменьшения потерь р является уменьшение толщины листов, однако при этом растут потери от гистерезиса.

Хотя в большинстве практических случаев р_В > p_Г , тем не менее для различных частот существуют оптимальные толщины листов.

При частотах порядка тысяч Гц и выше сказывается поверхностный магнитный эффект, в результате которого магнитная индукция не одинаково распределяется по сечению магнитопровода (она больше на периферии и меньше в центре сечения). Из-за поверхностного эффекта и увеличения потерь в стали применение сердечников, собранных из стальных листов, при высоких частотах нецелесообразно. Поэтому при высоких частотах применяют специальные ферромагнитные материалы - ферриты, обладающие

большим удельным электрическим сопротивлением.

Потери в стали обуславливают различие фаз индукции В и напряженности Н, характеризуемое так называемым углом потерь .

Если представить индукцию и напряженность в виде комплексных амплитуд:

; ;

то можно ввести и магнитную проницаемость также в комплексной форме:

где - действительная и мнимая части относительной комплексной проницаемости .

 

Зависимость между величинами B(t) и H(t), в предположении, что эти величины синусоидальны, при определенной частоте называется динамической кривой намагничивания. При одном и том же материале сердечника с увеличением частоты динамические кривые намагничивания располагаются все ниже и становятся более пологими. Неоднозначная зависимость В=f(H) характеризуется, так называемой, динамической петлей гистерезиса. Ширина петли возрастает с ростом частоты изменения поля.