Что такое кривая намагничивания двигателя

Кривая намагничивания и петля гистерезиса

кривая намагничивания и петля гистерезиса показывают процесс изменения намагниченности ферромагнетиков. Кривая намагничивания (рис. 11) представляет собой графическое изображение зависимости (25)

Рис. 11. Кривая намагничивания и петля гистерезиса

схема снятия кривой намагничивания ферромагнитного стержня, помещенного в соленоид, по обмотке которого протекает электрический ток I, приведена на рис. 12, а. значение тока можно изменять реостатом R. Соленоид создает направленное по оси стержня поле в соответствии с формулой (15).

В начальный момент цепь тока I разомкнута, напряженность Н и намагниченность М стержня равны нулю, домены ориентированы произвольно и магнитный момент При замыкании цепи и постепенном увеличении тока от нуля растет напряженность Н. Границы между доменами перемещаются так, что объем доменов с ориентацией магнитных моментов по намагничивающему полю Н растет за счет доменов других направлений. Магнитная индукция в стержне формируется как сумма намагниченности М, т. е. индукции, создаваемой доменами, и напряженности внешнего магнитного поля (см. формулу (24)). зависимости μН, μМ и В = μаН изображены на рис. 12, б. Кривая М(Н) показывает, что намагниченность стержня вначале быстро увеличивается, а затем ее значение снижается до μМm – предельного. Составляющая μН изменяется пропорционально напряженности внешнего магнитного поля Н. Складывая ординаты кривых μН и μМ, получаем зависимость, изображаемую кривой (см. рис. 12, б), называемой кривой первоначального намагничивания (КПН).

Кривая B = (см. рис. 12, б) нелинейна и может быть условно разделена на пять участков. Участок 1 соответствует упругому смещению границ между доменами. На участке 2 (область Релея) ориентация доменов в направлении внешнего поля скачкообразно изменяется и намагниченность ферромагнетика увеличивается. Участок 3 показывает необратимые смещения границ между доменами. Здесь магнитная проницаемость достигает максимального значения μmax. В пределах участка 4 домены вырастают до максимально возможных размеров, и большинство атомных магнитных моментов во всем стержне оказывается выстроенным вдоль внешнего поля. Резервы роста внутреннего поля М за счет доменов исчерпаны, материал достигает состояния намагниченности насыщения Мs или технического насыщения, характеризуемого индукцией Вm и напряженностью Нm. Увеличение Н > Hm на участке 5 уже не приводит к увеличению внутреннего поля М, индукция В возрастает только за счет увеличения Н. Здесь КПН становится линейной,

Из-за нелинейного характера КПН (mа(Н) ¹ const) выделяют начальную и максимальную магнитную проницаемость (рис. 13), которая определяется как тангенс углов наклона касательных к кривой намагничивания в точках Н = 0 и Н = Нm: ; .

Используют также понятие дифференциальной магнитной проницаемости: (см. рис. 13).

Если напряженность Н уменьшать, поле В в стержне будет также уменьшаться, но не «вдоль» той кривой, по которой оно нарастало (см. рис. 11). Это явление называется магнитным гистерезисом (уменьшение В «запаздывает»). При Н = 0 индукция В в стержне не становится равной нулю, а принимает положительное значение Вr. Это значение индукции, которая «остается» в материале. Остаточной индукцией Вr (см. рис. 11) называют индукцию, которая остается в предварительно намагниченном до насыщения ферромагнетике после снятия намагничивающего поля. Если значение индукции велико, то материал может быть хорошим постоянным магнитом. Чтобы размагнитить стержень, т. е. уменьшить Вr до нуля, необходимо изменить знак и увеличивать внешнее поле Н в обратном направлении до значения коэрцитивной силыНс, т. е. удерживающей намагниченность (см. рис. 11). Коэрцитивной силой Нсназывают величину размагничивающего поля, которое должно быть приложено, чтобы установить значение индукции в ферромагнетике, равное нулю.

Когда воздействующее поле совершает полный цикл изменения (от +Нm до 0 и далее до Нm, а затем в обратную сторону до 0 и далее до +Нm), магнитная индукция В изменяется по симметричной замкнутой кривой, называемой петлей гистерезиса. При совершении нескольких таких циклов перемагничивания петля принимает окончательную неизменяемую форму и называется предельной. Существуют также частные петли гистерезиса, получаемые при меньших, чем Нm, значениях предельной напряженности поля. При несимметричном относительно нуля изменении значений напряженности поля, обычно в небольших пределах, но с сохранением знака, формируются несимметричные частные циклы.

Читайте также:  Схема ремня генератора уаз патриот 409 двигатель

Если время установления напряженности поля соизмеримо с временем перемагничивания материала, то определяемые в этом режиме характеристики называют динамическими. Основным влияющим фактором при этом являются вихревые токи. Они создают магнитное поле, направленное навстречу внешнему полю, уменьшающему магнитную индукцию. При увеличении частоты вихревые токи возрастают и кривая намагничивания снижается. Вихревые токи вызывают тепловые потери, что приводит к расширению петли гистерезиса. В связи с этим различают статическую и динамическую петли гистерезиса. Статическую получают при очень медленном изменении Н, при котором допустимо пренебречь действием вихревых токов. при перемагничивании ферромагнетиков переменным полем Н, когда влияние вихревых токов становится значительным, получают динамическую петлю. Она может быть представлена как геометрическое место вершин частных динамических петель гистерезиса. Отношение индукции и напряженности по этой кривой называют динамической магнитной проницаемостью mдин.

Значения дифференциальной магнитной проницаемости md, получаемые по восходящей и нисходящей петлям гистерезиса, отличаются друг от друга.

Необходимо подчеркнуть, что отмеченные четыре параметра – остаточная индукция Вr, коэрцитивная сила Нс, относительная магнитная проницаемость mн и mmax – являются основными, по ним производят анализ и выбор магнитных материалов для решения различных задач, в том числе и дефектоскопических. Их значения приводятся в справочниках по магнитным материалам.

Чем выше намагниченность материала при данном значении напряженности внешнего поля, тем выше его относительная проницаемость и индукция поля внутри материала. Проницаемость mнач характеризует свойства материала в слабых магнитных полях. Если материал имеет узкую петлю ( ), более высокие значения mнач, то его относят к магнитомягким материалам (МММ) (рис. 14). Это незакаленные малоуглеродистые электротехнические стали и пермаллои – предельно магнитомягкие (Нс £ 1 А/м), преимущественно железоникелевые сплавы.

По значению Нс обычно судят о принадлежности ферромагнетиков к магнитотвердым материалам (Нс ³ 10 3 А/м) (МТМ). Ширина петли магнитотвердых сталей в десятки, сотни раз превышает ширину петли гистерезиса магнитомягких. К ним относят закаленные высокоуглеродистые (инструментальные) легированные конструкционные стали, ферриты, а также сплавы для постоянных магнитов.

На подвижном составе железных дорог к магнитомягким материалам относят стали для изготовления ударно-тяговых механизмов, рам тележек, колесных пар и др., к магнитотвердым – стали роликов, внутренних и наружных колец буксовых подшипников, шарикоподшипниковые стали (ШХ9, ШХ15С и др.), рельсовые стали.

Источник

Что такое кривая намагничивания двигателя

2.5. Кривая намагничивания

Кривая намагничивания показывает в графическом виде зависимость магнитного потока от МДС обмотки или тока возбуждения (намагничивающего тока):

На рис. 2.25, а приведена характерная кривая намагничивания Ф=/(Л») в относительных единицах для электрических машин с явновыраженными полюсами. Ее можно построить по результатам

Рис. 2.25. Универсальная магнитная характеристика

определения магнитных напряжений на отдельных участках магнитной цепи, при определенных значениях магнитного потока

Ток возбуждения определяется по полученному значению МДС FB на пару полюсов

В кривой намагничивания резко выражен начальный прямолинейный участок, что обусловлено наличием сравнительно большого воздушного зазора, для которого характерна линейная зависимость разности магнитных потенциалов от магнитного потока. При малых значениях магнитного потока, а следовательно, и магнитной индукции в ферромагнитных участках магнитопровода разностью магнитных потенциалов на этих участках можно пренебречь и считать, что FBzzF6. По мере увеличения магнитного потока магнитные сопротивления этих участков и особенно зубцового слоя возрастают. При индукции в зубцах примерно 1,6 Тл зависимость Ф= =f(FB) начинает отклоняться от прямолинейной.

В большинстве электрических машин точка а, соответствующая номинальному режиму, выбирается на нелинейном участке кривой

намагничивания. При работе на линейном участке (т. е. при небольшой магнитной индукции) не полностью используются свойства стали магнитной системы, а при больших насыщениях резко возрастает МДС обмотки, создающей магнитный поток, а следовательно, и число ее витков и поперечное сечение провода. Таким образом, ненасыщенная машина и машина с очень большим насыщением магнитной системы требуют повышенного расхода активных материалов: меди обмоток или электротехнической стали.

Читайте также:  Двигатель 408 москвич схема

Количественно степень насыщения магнитной системы характеризуется коэффициентом kHac, который может быть найден из результирующей кривой намагничивания (см. рис. 2.25) как отношение отрезка аЬ, соответствующего МДС РВЯОм, к отрезку be, отсекаемому продолжением прямолинейного участка кривой намагничивания. Для машин переменного тока >feHac= 1,1. 1,3; для машин постоянного тока &Нас = 1,4. 1,8. Применение несколько меньших коэффициентов насыщения в синхронных машинах, по сравнению с машинами постоянного тока, объясняется стремлением уменьшить потери в стали якоря и сократить число витков обмотки возбуждения.

Кривые намагничивания всех электрических машин в относительных единицах совпадают, если данные номинального режима приняты при одном и том же коэффициенте насыщения. Это означает, что все кривые намагничивания можно свести к одной кривой, выраженной в некоторых условных единицах. Такая универсальная кривая, полученная из кривой намагничивания реальной машины, изображена на рис. 2.25, б и соответствует приведенным ниже данным:

Ф*, о.е. 3 5 7 9 10 И 12 13 14 15 F*b, о. е. . 1,9 3,2 4,5 5,95 6,9 8,2 10,6 15 20 25

Если требуется построить кривую намагничивания для машины, имеющей, например, &Нас=1,5, то поступают следующим образом. На универсальной кривой намагничивания (рис. 2.25) из начала координат проводят вспомогательную прямую, образующую с осью ординат угол Y2. тангенс которого в 1,5 раза больше тангенса угла Yi, образуемого прямолинейной частью универсальной кривой намагничивания с той же осью. Вспомогательная прямая пересекает универсальную кривую в точке а, которая и соответствует номинальному режиму, т. е. в данном случае Ф*НОм=12,3 и FBHom= = 11,85.

В соответствии с полученными значениями Ф*Ном и / г *в.ном можно перестроить универсальную кривую намагничивания в кривую намагничивания в относительных единицах с &Нас —1,5, используя формулы: Ф/ФНом=Ф*/Ф*ном; FB/FSM0M=F*B/F*B.H0M.

Построенные таким способом расчетные кривые дают погрешность не более 3%.

Существование универсальной кривой намагничивания может быть объяснено следующим образом. Если напряженность магнит-

Использование универсальной кривой намагничивания позволяет значительно сократить магнитные расчеты, так как для построения требуемой кривой намагничивания нужно определить координаты только одной точки и коэффициент насыщения в ней.

Источник

Основная кривая намагничивания.

Магнитные материалы, вещества, магнитные свойства которых обусловливают их применение в технике (электротехнике, вычислительной технике, электронике, радиотехнике и других областях). Магнитные материалы обладают способностью при внесении их в магнитное поле намагничиваться, а некоторые из них сохраняют свою намагниченность и после прекращения воздействия магнитного поля. Основной характеристикой процесса намагничивания является основная кривая намагничивания – зависимость магнитной индукции B в ферромагнетики от напряженности магнитного поля H.

Основная кривая намагничивания представляет собой геометрическое место вершин петель гистерезиса, полученных при циклическом перемагничивании. Основная кривая намагничивания является важнейшей ха­рактеристикой магнитных материалов. Она отвечает требовани­ям хорошей воспроизводимости и широко используется для ха­рактеристики намагничивания материалов в постоянных полях. На основной кривой намагничивания принято различать три участка — начальный, соответствующий нижнему колену кри­вой; участок быстрого возрастания индукции (намагниченности); участок насыщения (выше верхнего колена кривой). При циклическом перемагничивании кривая намагничивания образует гистерезисную петлю.

58) магнитные материалы, процессы при намагничивании Ферромагнетиков, (петля гистерезиса).

Магнитные материалы, вещества, магнитные свойства которых обусловливают их применение в технике (электротехнике, вычислительной технике, электронике, радиотехнике и других областях). Магнитные материалы обладают способностью при внесении их в магнитное поле намагничиваться, а некоторые из них сохраняют свою намагниченность и после прекращения воздействия магнитного поля. Основная кривая намагничивания имеет ряд характерных участков, которые можно условно выделить при намагничивании монокристалла ферромагнетика. Первый участок кривой намагничивания соответствует процессу смещения границ менее благоприятно ориентированных доменов. На втором участке происходит поворот векторов намагниченности доменов в направлении внешнего магнитного поля. Третий участок соответствует парапроцессу, т.е. завершающему этапу процесса намагничивания, когда сильное магнитное поле поворачивает в направлении своего действия, не сориентированные магнитные моменты доменов ферромагнетика. Магнитный гистерезис — явление зависимости вектора намагничивания и вектора напряженности магнитного поля в веществе от приложенного внешнего поля. Магнитный гистерезис обычно проявляется в ферромагнетиках — Fe, Co, Ni и сплавах на их основе. Именно магнитным гистерезисом объясняется существование постоянных магнитов. Кривая намагничивания B (B) ферромагнитного образца представляет собой петлю сложной формы, которая называется петлей гистерезиса (рис.1.)

Читайте также:  Что делать если пропало давление масла в двигателе

Петля гистерезиса ферромагнетика. Стрелками указано направление процессов намагничивания и размагничивания ферромагнитного образца при изменении индукции B внешнего магнитного поля.

Магнитные материалы. Виды потерь в ферромагнитных материалах.

Магнитные материалы – вещества, магнитные свойства которых обусловливают их применение в технике (электротехнике, вычислительной технике, электронике, радиотехнике и других областях). Магнитные материалы обладают способностью при внесении их в магнитное поле намагничиваться, а некоторые из них сохраняют свою намагниченность и после прекращения воздействия магнитного поля. При периодическом перемагничивании

ферромагнитного вещества затрачивается определенная энергия, которая выделяется в виде тепла, вызывая нагревание ферромагнитного вещества.

Потери энергии, связанные с процессом перемагничивания стали, называют потерями на гистерезис. Значение этих потерь при каждом цикле перемагничивания пропорционально площади петли гистерезиса. Потери мощности на гистерезис пропорциональны квадрату максимальной индукции

Вmах и частоте перемагничивания f. Поэтому при значительном увеличении индукции в магнитопроводах электрических машин и аппаратов, работающих в переменном магнитном поле, эти потери резко возрастают.

Магнитострикция.

Намагничивание ферромагнитных материалов всегда сопровождается изменением их линейных размеров. Это явление получило название магнитострикции. Количественно магнитострикцию характеризуют величиной, называемой константой магнитострикции, которая фактически является относительным удлинением образца при намагниченности до состояния технического насыщения. Численное значение величины магнитострикции, невелико, и к тому же она не является постоянной величиной данного материала. С изменением напряженности магнитного поля изменяется и ее знак. Необычайно высокая магнитострикция у редкоземельных элементов и их соединений. Эффект магнитострикции обратим: механическая деформация материала вызывает изменения состояния его намагниченности. Прямой и обратный магнитострикционные эффекты широко применяют в приборостроении (реле, фильтры, преобразователи). Магнитострикционными называют магнитные материалы, применение которых основано на явлении магнитострикции и магнитоупругом эффекте, т. е. изменении размеров тела в магнитном поле и изменении магнитных свойств материала под влиянием механических воздействий. Магнитострикция наблюдается и в поликристаллических материалах, причем наибольшая – у никеля. Он сохраняет свое значение и в настоящее время, хотя вытесняется другими магнитострикционными материалами. Ценными свойствами никеля являются высокая стойкость к коррозии и малый температурный коэффициент модуля упругости. Среди магнитострикционных материалов есть как чистые металлы, так и сплавы, и ферриты. Ферриты являются магнитострикционными материалами для высоких частот. При эксплуатации магнитное состояние сердечника магнитострикционного преобразователя определяется одновременным воздействием переменного и постоянного полей. Сплав платины с железом обладает большой константой магнитострикции, однако он дорогой и поэтому имеет весьма ограниченное применение. Недостатком железокобальтовых и железоалюминиевых сплавов являются низкая пластичность, затрудняющая механическую обработку, и низкая антикоррозионная устойчивость, препятствующая использованию таких преобразователей в водной среде. Широкое применение находит ферритовая керамика. По сравнению с никелем и металлическими сплавами магнитострикционные ферриты имеют ряд преимуществ. Благодаря высокому удельному сопротивлению в них малы потери на вихревые токи, поэтому отпадает необходимость расслаивать материал на отдельные пластины. В отличие от металлических сплавов ферриты не подвержены действию химически агрессивных сред. С помощью керамической технологии можно изготовить преобразователи практически любых форм и размеров. Из магнитострикционных материалов изготавливают сердечники электромеханических преобразователей (излучателей и приемников) для электроакустики и ультразвуковой техники, сердечники электромеханических и магнитострикционных фильтров и резонаторов, линий задержки. Их используют также в качестве чувствительных элементов магнитоупругих преобразователей, применяемых в устройствах автоматики и измерительной техники. Применяются в качестве преобразователей электромагнитной энергии в другие виды (например, в механическую.), датчиков давления и т. п.

Источник