1.5 Динамические характеристики ферромагнетиков
При переходе к быстроизменяющимся магнитным полямили кимпульсному перемагничиваниюповедение ферромагнетиков будет описываться не статической, адинамической петлей гистерезиса.
У ленточныхипластинчатых(металлических) сердечников из ферромагнетика влияние частоты перемагничивания проявляется в основном в виде расширения петли гистерезиса за счетвихревых токов.
В ферритовых сердечниках из-за большого удельного электрического сопротивления влияние вихревых токов мало, но с увеличением скорости изменения напряженности поля между его изменениями и изменениями индукции наблюдается добавочное по сравнению со статическим гистерезисом запаздывание.
Это добавочное запаздывание принято называть магнитной вязкостьюилипоследействием. Физическая природа этого явления до конца не выявлена, но его связывают с инерцией носителей магнитного потока и среды, испытывающей механическую магнитострикционную деформацию.
Площадь петли гистерезиса всегда определяет суммарные потери энергии за полный цикл перемагничивания. В случае динамической петли ее площадь определяет потери, как вследствие гистерезисных явлений, так и вследствие вихревых токов и магнитной вязкости.
Если в статическом режиме перемагничивания магнитный материал характеризуется зависимостью В = ƒ(Н), то в динамическом режиме связь между В и Н нельзя выразить столь простой функцией, как показали экспериментальные исследования форма петли гистерезиса обусловлена формой зависимости магнитного поля от времени Н = ƒ(t).
Очевидно, в этом случае данному магнитному материалу соответствует бесконечное множество петель гистерезиса.
Для примера на рисунке 17, а приведены статическая (1) и три динамических (2,3,4) петли гистерезиса В = ƒ(Н) (верхняя часть рисунка), соответствующие различным зависимостям Н = ƒ(t) (нижняя часть рисунка). На рисунке 17,б показано расширение петли гистерезиса при увеличении частоты перемагничивания синусоидальным путем.
Рисунок 17
Кроме того, для полного описания поведения магнитного материала в динамическом режиме необходимо учитывать не только скорость изменения напряженности поля, но и скорость изменения магнитной индукции. Т.к. статическая связь В = ƒ(Н) нелинейна, то в общем случае связь В = ƒ(Н) должна содержать производные высоких степеней по времени как В, так и Н. Поэтому, в общем случае, динамический процесс перемагничивания магнитного материала с ППГ описывается нелинейным дифференциальным уравнением вида:
Экспериментально установлено, что при Н > Нгр достаточно учитывать лишь одну производнуюdB/dtи тогда для описания процесса можно использовать уравнение
Геометрической интерпретацией этого уравнения является поверхность динамического состояния в координатах В, Н, dB/dt. Эту поверхность можно представить уравнением динамического состояния:
dB/dt=Ψ(H(t),B(t)).
Уравнения динамического состояния различны для материалов с прямоугольной и непрямоугольной петлями гистерезиса, коэффициенты для них определяются экспериментально и сводятся в таблицы (Розенблат). Однако такой способ нахождения динамических петель гистерезиса при любой зависимости H(t) применяется в настоящее время крайне редко. Для этого используются специальные установки для снятия динамических петель гистерезиса образцов магнитных материалов при различной частоте, амплитуде и форме перемагничивающего поляH(t). Пользователя магнитных сердечников интересует не сама форма динамической петли как самоцель, а связанная с ней величина удельных потерь в магнитном материале.