4. Потери в магнитных материалах
Перемагничивание ферромагнетиков в переменном магнитном поле сопровождается потерями энергии, которые вызывают нагрев материала. В общем случае потери на перемагничивание состоят из потерь на гистерезис, вихревые токи и магнитную вязкость. Влиянием последних на разогрев ферромагнетика обычно можно пренебречь.
Потери на гистерезис обусловлены необратимыми процессами перемагничивания, т.е. перестройкой доменной структуры вещества. Они пропорциональны площади петли гистерезиса за один цикл перемагничивания и прямо пропорционально зависят от частоты приложенного магнитного поля:
(4.17)
где ς - коэффициент, который зависит от свойств материала; Bm - максимальная индукция, которая достигается за один цикл перемагничивания; n - показатель степени, который изменяется от 1,6 до 2.
В области слабых полей потери на гистерезис незначительны и возрастают с увеличением поля. Для уменьшения потерь на гистерезис необходимо использовать материалы с малой коэрцитивной силой (магнитомягкие материалы).
Вихревые токи возникают в проводящем замкнутом контуре за счет ЭДС самоиндукции, пропорциональной скорости изменения магнитного потока. При этом мощность тратится на нагрев диэлектрика. Мощность потерь на вихревые токи резко возрастает с увеличением частоты переменного поля:
(4.18)
где ξ - коэффициент, который зависит от удельного сопротивления материала и геометрических размеров образца.
Для снижения потерь на вихревые токи необходимо использовать материал с повышенным сопротивлением. Этого можно достичь, собирая сердечник из тонких листов, изолированных друг от друга, или применяя для изготовления сердечника материал с высоким удельным сопротивлением. Первый метод эффективен на низких частотах, в частности для электротехнической стали, а второй - на высоких частотах, когда в качестве сердечников трансформаторов используют ферриты.
Потери на магнитное последействие или магнитную вязкость обусловлены отставанием магнитной индукции от напряженности магнитного поля и существенным образом ниже потерь на гистерезис и вихревые тока.
5. Магнитная проницаемость
Поскольку основная кривая намагничивания нелинейна, существует несколько методов определения магнитной проницаемости (рис. 4.7).
Статическая магнитная проницаемость
(4.19)
определяется как тангенс угла наклона секущей к оси Н. Она характеризует усредненные магнитные свойства вещества в интервале намагничивания.
Динамическая магнитная проницаемость
(4.20)
определяется как тангенс угла наклона касательной к кривой намагничивания в данной точке и характеризует магнитные свойства вещества при данной напряженности магнитного поля.
В ферромагнетиках магнитная проницаемость является функцией напряженности внешнего магнитного поля (рис. 4.8).
Начальная магнитная проницаемость
(4.21)
определяется наклоном касательной (секущей) на начальном участке основной кривой намагничивания и характеризует магнитные свойства вещества в слабых магнитных полях.
Максимальная магнитная проницаемость
,
(4.22)
обусловлена как тангенс угла наклона прямой, проведенной из начала координат в верхнюю точку верхнего перегиба кривой, характеризует максимально достижимые магнитные свойства материала.
Обратная, или реверсивная, магнитная проницаемость
(4.23)
характеризует магнитные свойства вещества при одновременном действии постоянного и слабого переменного магнитного полей. Изменение магнитного состояния в этом случае характеризуется частной петлей гистерезиса, что вызывает увеличение индукции ΔВ~ при увеличении напряженности магнитного поля ΔН~ и фиксированном подмагничивающем поле Н=.