Таблица 11-1

Характеристики магнитнотвердых материалов

Характеристики магнитномягких материалов

Плотность, гсШ

Максимальная рабочая температура, "С

бЗ-Ю-" 65-10-= (45-50). 10-" 45-50)-Ю-" (45-50)-10-s (45-50)-10-S 45-50)-Ю-» >10 >10

7,35

450 350 350 500 500 500 500

Температурный коэффициент, %\град

- (0,01-0,02)

-0,2 Таблица 11-2

* Индукция измерена прн й=20 э.

В нижеследующих разделах приведены характеристики важнейших и наиболее часто применяемых магнитных материалов, даны некоторые указания, касающиеся выбора материала и вида магнитопровода, и обсуждаются важнейшие вопросы, связанные с конструкцией и технологией магнитопроводов как электромагнитных, так и из постоянных магнитов.

Более широкое рассмотрение вышеуказанных вопросов читатель найдет в литературе, посвященной магнитопроводам из магнитно-мягких и магнитнотвердых материалов,

11-1. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

11-1-1. магнитнотвердые материалы

Магнитпотвердые материалы, характеристики которых приведены в табл. 11-1, составляют только часть материалов, применяемых в качестве постоянных магнитов; это, однако, важнейшие легкодоступные материалы, из которых всегда можно выбрать материал, наиболее подходящий для построения того или иного магнитопровода как с технической, так и с экономической точек зрения.

Общепринято деление магнитнотвердых материалов на литые и ферритовые; литые магниты отличаются большой твердостью, но одновременно довольно хрупки. После отливки таких магнитов неизбежно приходится применять механическую обработку, которая может быть сделана только путем шлифования. Поэтому этим способом чаще всего изготовляют магниты простой формы.

Ферритовые магниты после изготовления не требуют в принципе дальнейшей обработки. Большим достоинством ферритовых магнитов является их химическая инертность.

11-1-2. МАГНИТНОМЯГКИЕ МАТЕРИАЛЫ

В-табл. 11-2 собраны характеристики магнитномягких материалов, которые можно разделить на четыре группы, значительно различающиеся как по параметрам, так и по сферам применения, а именно:

а) электротехнические стали,

б) пермаллои,

в) железо-армко, пермендюр,

г) ферриты.

В дополнение к данным табл. 11-2 следует помнить о следующих особенностях ферритовых материалов:

1) низкая температура Кюри (у некоторых материалов уже около 100° С), а также сильная зависимость магнитных свойств от температуры;

2) заметная нестабильность свойств во времени;

3) химическая инертность и полная нечувствительность к воздействию влажности;

4) весьма малые потери даже на высоких частотах.

11-2. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ВЫБОРУ, ИЗГОТОВЛЕНИЮ И ИСПОЛЬЗОВАНИЮ МАГНИТОПРОВОДОВ

11-1-1. МАГНИТОПРОВОДЫ из постоянных МАГНИТОВ

Характеристики магнитнотвердых материалов, приведенные в табл. 11-1, дают возможность сделать следующие выводы:

а) наивысшую величину магнитной индукции при данном объеме магнита можно получить на сплаве ЮНДК25А;

б) наилучшей работоспособностью в случае наличия сильных внешних паразитных полей либо в условиях разомкнутой магнитной цепи или большого рабочего зазора обладают ферритовые магниты 1БИ и 2БА;

в) наивысшее значение магнитной энергии в единице объема магнита обеспечивают сплавы ЮНДК25А и ЮНДК25БА;

г) литые магниты имеют примерно в 10 раз меньший температурный коэффициент магнитной индукции, нежели ферритовые, и потому их следует применять там, где температура окружающей среды сильно меняется, а изменения индукции должны быть малы;

д) литые магниты и в особенности анизотропные сплавы ЮНДК25А, ЮНДК25БА отличаются хорошей стабильностью магнитных свойств во времени;

е) большое удельное сопротивление ферритовых магнитов побуждает применять их в условиях переменных магнитных полей, 174

которые резко повышают температуру в магнитных системах на основе литых магнитов вследствие эффекта вихревых токов.

Вообще можно сказать, что литые магниты следует применять в цепях с малым рабочим зазором при больших значениях индукции и высоких требованиях к ее стабильности, а ферритовые магниты - в незамкнутых магнитопроводах при малых индукциях, а также при наличии сильных паразитных постоянных и переменных магнитных полей.

Постоянные магниты, выполняемые в виде пря.моугольных брусков или в виде цилиндров и предназначаемые для работы в незамкнутых магнитопроводах, рассчитываются исходя из кривой намагничивания материала, размеров магнита (отношение длины к диаметру цилиндра либо к другому эффективному поперечнику в случае некруговой формы сечения), а также с учетом зависимости коэффициента размагничивания от размеров магнита. Упомянутые данные позволяют найти рабочую точку магнита.

Постоянные магниты более сложной формы, работающие в магнитопроводах с малым зазором, требуется обычно рассчитывать многократно, постепенно приближаясь к наилучшей форме и размерам магнита (а также всего малнитопровода в целом) и проверяя при этом данные расчетов экспериментальным путем. Такие расчеты следовательно, весьма трудоемки и вместо этого лучше всего взять за основу известные стандартные магнитопроводы, выбрать из них по форме, размерам и величине индукции в зазоре магнитопровод, наиболее точно отвечающий поставленным требованиям.

Намагничивание литых магнитов должно производиться в собранных магнитопроводах. Намагничивание этих магнитов перед сборкой магнитопровода приводит к значительному уменьшению индукции, достигающему 50% от максимальной величины индукции для данного магнитопровода. Намагничивающее поле может быть постоянным, импульсным или представлять часть периода переменного поля. При импульсном намагничивании магнита с относительно большим объемом следует помнить о том, чтобы длительность импульса была достаточно большой; возникающие в магните во время нарастания импульса вихревые токи обладают экранирующим действием, в результате чего магнит может не намагнититься до насыщения по всему объему. Весьма желательно, чтобы распределение силовых линий намагничивающего поля в магните возможно лучше приближалось к распределению силовых линий «рабочего» магнитного поля; это особенно важно для анизотропных магнитов.

Ферритовые магниты можно намагничивать перед сборкой, так как большая величина коэрцитивной силы и малая величина обратимой проницаемости обеспечивают отсутствие потерь индукции. Большие значения удельного сопротивления ферритовых магнитов исключают также трудности, связанные с импульсным намагничиванием.

Магниты следует намагчичивать несколько раз: первый раз - в направлении, противоположном рабочему, а затем два или. три раза -в рабочем направлении.

Напряженность намагничивающего поля должна быть не меньше пятикратной величины коэрцитивной силы магнита, т., е. для литых магнитов 3 000-4 000 э, а для ферритовых 6 000-10 000 э.

С момента намагничивания магнитопровод должен размещаться па расстоянии не менее 10 см от предметов из магнитнотвердых или магнитномягких материалов.

в некоторых магнитопроводах с литыми магнитами возникает необходимость получения стабильных магнитных характеристик (индукции в зазоре) в течение длительного промежутка времени. В таких случаях на собранный магнитопровод надлежит один или несколько раз воздействовать одним из следующих способов: а) размагничиванием переменным полем с амплитудой 2-4% Bs в случае магнитов из ЮНДК24 и ЮНДК25А и 4-7% В. для ЮНД4; о) нагреванием и охлаждением в пределах -20-1-60° С (с выдержкой в течение по меньшей мере 15 мин при этих температурах) и в) очень редко-механическим встряхиванием. Затем следует подвергнуть магнит естественной стабилизации в течение от нескольких дней до нескольких десятков дней (в зависимости от заданной точности). В результате получаются магниты, стойкие к воздействию вышеупомянутых факторов (т. е. все возможные изменения, происходящие в стабилизированном магните, являются обратимыми) за счет уменьшения магнитного потока.

Следует помнить, что если магнит предназначен для построения магнитопровода с высокой стабильностью, то значения Вг и Не должны лежать в границах, указанных изготовителем материала. Чем меньше эти величины, тем хуже стабильность магнитов.

11-2-2. МАГНИТОПРОВОДЫ ИЗ МАГНИТНОМЯГКИХ МАТЕРИАЛОВ

Магнитопроводы из магнитномягких материалов - это прежде всего цепи, электрически управляемые (благодаря обмотке иа сердечнике) постоянным или переменным током в весьма широком лиапазоне частоты; кроме того, они используются как концентраторы поля, для экранирования и в качестве полюсных наконечников.

Материалы таких магнитопроводов в зависимости от конкретного применения должны удовлетворять широким и разнообразным требованиям. Перечислим основные из них.

а) Зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля в широких пределах его изменения должна быть линейной.

Как известно, зависимость характеристики нзмагничива1шя В=1(Н) магнитномягкого материала в большей или меньшей степени отличается от линейной; это является причиной добавочных ошибок в измерительных устройствах.

Для магнитопровода с зазором существует следующая формула, определяющая величину магнитной индукции в зазоре в зависимости от напряженности намагничивающего поля:

(11-1)

где Hm = fz.

Поскольку при малых зазорах можно принять, что Ss=Sve, то получаем, что

(11-2)

Если сделать Ishelv, тогда 1

(11-3)

Это означает возможность получения линейной зависимости индукции в зазоре от напряженности магнитного поля. Формула (11-1) позволяет, следовательно, выбирать материал и размеры магнитопровода в зависимости от заданной линейности.

В магнитопроводах с зазором вследствие роста магнитного сопротивления получение такой же величины магнитной индукции, как и в магнитопроводах без зазора, требует гораздо большей намагничивающей силы. Благодаря изменению длины зазора зависимость В=/(Я) может быть использована на практике в достаточно широком диапазоне напря-женностей магнитного поля. Изменение наклона характеристики намагничивания ведет также и к уменьшению остаточной намагниченности от ДВг доДВ; (рис. 11-;1), являющейся источником добавочных ошибок (остаточная намагниченность есть величина магнитной индукции в зазоре магнитопровода в случае, когда напряженность магнитного поля равна нулю).

Положительное влияние воздушного зазора на получение ли- Г-"сердечник~

нейной зависимости B=f\(H) в соответствующем диапазоне изменения напряженности поля и уменьшение ошибки, связанной с остаточной намагниченностью, сопровождается, однако, уменьшением эффективной магнитной проницаемости магнитопровода (так называется проницаемость материала магнитопровода со щелью).

Формула (11-4) определяет эффективную проницаемость магнитопровода в зависимости от проницаемости материала, я также от отпоп1е1шя длины воздушного зазора к длине магнитного контура (эти длины выражаются в произвольных, но одинаковых единицах)

Рис. 11-1. Влияние зазора

в сердечнике на наклон петли

гистерезиса.

- сердечник без зазора;

зазором.

!= 1 , /.

(11-4)

На рис. 11-2 приведены кривые, рассчитанные по формуле (11-4). Видно, что чем больше отношение h/lve, тем меньшую роль играет величина проницаемости материала ц; это означает, что в магнитопроводах с большим зазором н в случае, если величина коэрцитивной силы не имеет существенного значения, следует применять пластины из электротехнической стали вместо дорогих пермаллоевых.

12-1401 177