Materiale magnetice
În această prelegere vor fi luate în considerare următoarele întrebări:
12.1. Caracteristici generale ale materialelor magnetice. Definiții. Curba de magnetizare, histerezis, inducție de saturație, forță coercitivă. Materiale magnetice moi și magnetice dure. Pierderi magnetice.
12.2. Tipuri de materiale magnetice. Aplicarea materialelor magnetice în domeniul energetic. Proprietățile materialelor cele mai utilizate. Oțel electrotehnic. Ferite. Magnetodielectrics.
Proprietățile magnetice sunt disponibile pentru toate materialele. Ele se datorează reacției materialului la câmpul magnetic. Așa cum sa discutat în al treilea curs, densitatea fluxului în orice material poate fi legat de intensitatea câmpului magnetic în ea
B = m 0 x m x H (12,1)
La nivel global, în ceea ce privește câmpul magnetic, materialele pot fi împărțite în trei clase - diamagnetice, paramagnete, ferromagneți. Acestea din urmă pot fi încă împărțite în feromagneți, antiferromagneți și ferimagneți.
Diamagnetele au o permeabilitate magnetică de puțin mai mică decât 1. Ele diferă prin faptul că sunt împinse din câmpul magnetic.
Paramagneticele au o permeabilitate magnetică de puțin peste 1. Numărul covârșitor de materiale sunt diamagnetice și paramagnetice.
Feromagneții au o permeabilitate magnetică excepțional de mare, ajungând până la un milion.
Pentru expresia materialelor feromagnetice (12.1) este valabilă cu rezervări mari. Este valabil pentru câmpurile magnetice slabe. Pe măsură ce câmpul devine mai puternic, fenomenul histerezis se manifestă, când intensitatea crește și când intensitatea scade, valorile lui B (H) nu coincid una cu cealaltă. În acest caz, expresia (12.1) este semnificativă doar pentru creșterea tensiunii în timpul primului ciclu de magnetizare. Mai multe definiții ale permeabilității magnetice se disting în literatură.
Permeabilitatea magnetică inițială este valoarea permeabilității magnetice la o intensitate scăzută a câmpului.
Permeabilitatea magnetică maximă m max este valoarea maximă a permeabilității magnetice, care se realizează de obicei în câmpurile magnetice medii.
Dintre ceilalți termeni principali care caracterizează materialele magnetice, observăm următoarele.
Magnetizarea prin saturație este magnetizarea maximă, obținută în câmpuri puternice, când toate momentele magnetice ale domeniilor sunt orientate de-a lungul câmpului magnetic.
Ciclul de histereză - dependența inducției de intensitatea câmpului magnetic atunci când câmpul variază ciclic: crește la o anumită valoare - scade, trece prin zero, după ce atinge aceeași valoare cu semnul opus - creșterea etc.
Lipsa maximă de histereză este magnetizarea maximă de saturație.
Residual InductionBost - inducția câmpului magnetic în timpul cursei inverse a buclei de histereză la intensitatea câmpului magnetic zero.
Forța coercitivă Hc este intensitatea câmpului pe cursul invers al buclă de histereză la care se realizează inducția zero.
Cu fiecare ciclu de inversare a magnetizării, partea energiei magnetice stocate în material (W = BH / 2) este pierdută, adică trece în căldură. Aceste pierderi sunt numite pierderile pentru inversarea magnetizării și sunt proporționale cu aria curbei de histereză. Pentru materialele utilizate în domeniul energetic, în special pentru transformatoare, este de dorit să se reducă pierderile de energie, adică reduceți aria curbei. Acest lucru se poate realiza dacă forța coercitivă este cât mai mică posibil.
Materialele cu o forță coercitivă mică, mai mică de 40 A / m, se numesc materiale magnetice moi.
Puterea pierderilor de inversare a magnetizării în astfel de materiale poate fi estimată prin exprimare
PH = h × B n max × f × V (12,2)
unde h este coeficientul dependent de material, Bmax este inducția maximă pe ciclu, f este frecvența, V este volumul corpului, n, indicele variază în intervalul de la 1,6 la 2.
O altă componentă a pierderilor este asociată cu curenții turbionari care apar în câmpurile magnetice alternante.
PH = x x B 2 max x f 2 x V (12,3)
La frecvențe înalte, este important, în primul rând, să pierdeți curenții turbionari, deoarece ele sunt proporționale cu a doua putere a frecvenței.
Uneori în manuale sunt date valorile tangentei pierderilor magnetice. Sensul său fizic este același cu tangenta unghiului de pierdere dielectrică, respectiv.
P = L x I 2 x w x tan d m (12,4)
sau pentru pierderi specifice
P ud = m 0 x m x H 2 w x t g d m (12,5)
Materialele cu o forță de coerciție mare (mai mult de 1000 A / m) sunt numite materiale magnetice dure. Ele sunt folosite ca magneți permanenți.
12.2. Tipuri de materiale magnetice. Aplicarea materialelor magnetice în domeniul energetic. Proprietățile materialelor cele mai utilizate. Oțel electrotehnic. Ferite. Magnetodielectrics.
Materialele magnetice moi sunt folosite în domeniul energetic ca o varietate de circuite magnetice în transformatoare, mașini electrice, electromagneți etc.
Pentru a reduce pierderile de histereză, sunt alese materiale cu o forță coercitivă redusă și pentru a reduce curenții turbionari, miezurile magnetice sunt asamblate din plăci individuale, iar metalele cu o rezistivitate crescută sunt utilizate. Faptul este că EMF de auto-inductanță, din cauza căruia apar curenți turbionari, este proporțional cu aria secțiunii transversale a conturului. Atunci când zona n este tăiată cu plăci izolate, la fiecare placă este indusă o emf redusă. Pierderea de curent în timpul fluxului de curent turbionar este proporțională cu pătratul tensiunii (EMF) și invers proporțional cu rezistivitatea. Prin urmare, o scădere a CEM în fiecare dintre plăcile individuale și utilizarea metalelor cu o rezistivitate crescută conduce la o reducere a pierderilor totale.
Baza celor mai răspândite materiale magnetice din ingineria electrică este oțelul electrotehnic cu conținut redus de carbon. Este disponibil sub formă de foi, cu o grosime de 0,2 mm până la 4 mm, nu conține mai mult de 0,04% carbon și nu mai mult de 0,6% din alte impurități. Valoarea maximă a permeabilității magnetice m max
4000, forța coercitivă Hc
65-100 A / m. Există o regularitate interesantă: fierul mai curat și cu atât este mai bine că este recoaptă - cu cât este mai mare permeabilitatea și cu atât este mai mică forța coercitivă. Pentru fierul deosebit de pur, acești parametri sunt: mai mult de 1 milion și, respectiv, mai puțin de 1 A / m.
Prin adăugarea de siliciu la compoziție, se obține o creștere a rezistivității oțelului cu 0,14 μΩ · m pentru oțel nealiat la 0,6 μΩ · m pentru oțelul înalt aliat. Aceasta oferă o reducere a pierderilor.
Dacă se adaugă nichel la fier, materialele obținute vor avea o permeabilitate magnetică mărită (până la 100.000 în 79HM, 79% în nichel și o cantitate mică de mangan). Aceste aliaje se numesc permalloy. ele sunt folosite pentru a face nuclee de mici dimensiuni putere și transformatoare de impuls. Aproape aceleași rezultate privind permeabilitatea magnetică pot fi obținute prin adăugarea la siliciu de fier (9,5%) și aluminiu (5,6%). Astfel de aliaje se numesc alsifere.
Aditivii la fier și nichel-molibden, crom, cupru conduc la o creștere și mai mare a permeabilității magnetice inițiale, mai mult de 100 mii. Astfel de materiale sunt folosite în dispozitive magnetice miniatură.
Un rol important îl joacă feriturile cu o buclă de histerezis dreptunghiulară (PPG). Ele sunt folosite ca elemente logice în memorie, ca senzori termici. Parametrul principal este coeficientul de rectangularitate al buclei de histereză, care este raportul dintre inducția reziduală și maxim, măsurat la H = 5 Hs. Este de dorit ca acest coeficient să fie mai aproape de 1.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: