проницаемости (особенно начальной и максимальной). Выполнение этого условия определяет, например, ток холостого хода в трансформаторах. По этим параметрам лучшими материалами являются пермаллои.

2. Материал должен обладать большой индукцией насыщения, т. е. обеспечивать прохождение максимального магнитного потока через заданную площадь поперечного сечения магнитопровода. При выполнении этого требования можно получить наименьшие габаритные размеры и массу устройства. Поэтому рабочую точку часто выбирают значительно выше той, которой соответствует максимальная проницаемость. Наибольшей индукцией насыщения обладают сплавы железа с кобальтом, технически чистое железо и электротехнические стали.

3. При работе в переменных полях изделия из магнитомягкого материала должны иметь возможно меньшие полные потери, которые складываются из потерь на гистерезис, вихревые трки и дополнительных потерь.

Потери определяют рабочую температуру изделия, которая не должна превышать допустимого значения. Снижение потерь повышает энергетический к. п. д., а также позволяет при заданной температуре перегрева повысить рабочую индукцию, что дает возможность уменьшить массу и габаритные размеры устройства.

Потери на гистерезис пропорциональны площади петли гистерезиса и частоте перемагничивания. Так как для различных материалов Не меняется в десятки и сотни раз, а Вг а Bs - только в несколько раз, то в первом приближении потери на гистерезис, отнесенные к одному циклу перемагничивания, пропорциональны коэрцитивной силе, которая должна быть минимальной.

Потери на вихревые токи зависят от эле"трического сопротивления магнитопровода, максимальной индукции й частоты перемагничивания. Для уменьшения этих потерь увеличивают электрическое сопротивление магнитопровода, применяя материалы с большим удельным сопротивлением, а также шихтованные сердечники в виде .пакета из тонких электрически изолированных" друг от друга пластин. Широкое применение получили ленточные сердечники, навиваемые из тонкой ленты с междувитковой электрической изоляцией.

Дополнительные потери зависят от химического состава магнитного материала и его дисперсности. Они существенны только на высоких частотах.

Определение составляющих потерь позволяет найти пути уменьшения полных потерь. Например, с повышением частоты повышается доля потерь на вихревые токи и, казалось бы, для уменьшения полных потерь нужно применять более тонкие пластины. Однако известно, что уменьшение толщ.ины проката сверх некоторого критического значения вызывает резкое увеличение потерь на гистерезис. Следовательно, применение очень тонких листов может вызвать не уменьшение, а даже увеличение полных потерь. Количественная

оценка составляющих потерь в каждом случае дает возможность принять оптимальное решение.

Кроме перечисленных основных требований к магнитомягким материалам предъявляют и другие требования.

От листовых и ленточных металлических материалов требуются высокая пластичность, обеспечивающая хорошее качествоштампо- вок и длительность работы штампов, хорошее качество поверхности (отсутствие ржавчины, отслаивающейся окалины, бугорков, вмятин и т. п.), отсутствие разнотолщинности; от листовых материалов, кроме того, - минимальные волнистость и коробоватость. Выполнение этих требований позволяет повысить коэффициент заполнения, что обусловливает меньшие габаритные размеры изделия.

Прокат желательно иметь «е в виде листов, а в виде рулонов, что дает возможность автоматизировать как производство материалов, так и изготовление изделий из них.

Магнитные свойства большинства магнитомягких материалов зависят от механических напряжений. Чем меньше эта зависимость, тем больше материал можно обжать при сборке сердечника, т. е. тем выше коэффициент заполнения. Под влиянием механических напряжений сильно меняются начальная и максимальная проницаемости и коэрцитивная сила, но проницаемость в сильных полях и индукция насыщения зависят незначительно. Наиболее существенно механические напрдасения влияют на свойства пермаллоев.

Магнитные свойства материалов после механической обработки восстанавливают путем термообработки (отжига).

В отдельных случаях существенными являются временная и температурная стабильности свойств, линейность кривой намагничивания (на определенном участке), прямоугольность петли и др. При выборе материала необходимо учитывать его стоимость и дефицитность.

§ 2А. Технически чистое железо

Термин «железо» соответствует названию химического элемента. В "промышленном же применении железо * представляет собой сплав, в котором обязательно присутствует углерод. Будем считать, что технически чистое железо содержит менее 0,05% углерода и минимальное количество серы, фосфора, марганца и других примесей.

Железо является основным компонентом почти всех современных магнитных материалов, и его качество как составляющей шихты во многом определяет их свойства. Кроме того, железо применяют и как самостоятельный магнитомягкий, а в последнее время и как магнитотвердый материал (см. § 2.18). Вследствие низкого удельного электрического сопротивления железо используют при

* В стандартах на магнитные материалы (ГОСТ 11036-75) термин «железо» заменен термином «низкоуглеродистая электротехническая сталь».

изготовлении изделий, предназначенных для работы только в постоянных магнитных полях.

Магнитные свойства железа и в первую очередь магнитная проницаемость в слабых и средних полях и коэрцитивная сила могут меняться в очень широких пределах в зависимости от количества и состава примесей. Свойства железа, полученного лабораторным путем, .в 100-200 раз выше свойств технически чистого железа, что объясняется большим влиянием примесей, которые трудно удалить. Самыми вредными примесями являются углерод, кислород, сера, азот и водород.

Таблица 2.2. Магнитные свойства некоторых марок низкоуглеродистой электротехнической стали (ГОСТ 11036-75)

Примечания: 1. Параметры ц и В определяются по требованию заказчика. 2. Цифры у буквы в означают напряженность поля в кА/м, при которой определена (задана) индукция.

Кроме химического состава, значительное влияние на магнитные свойства железа оказывает его структура, особенно размер зерна (деформированного кристалла округлой формы). Искажения кристаллической решетки, а также концентрация примесей на границах зерен затрудняют процессы смепхения доменных границ и приводят к увеличению коэрцитивной силы. Поэтому чем крупнее зерна (меньше протяженность границ зерен на единицу объема), тем выше магнитные свойства.

Выращивание крупного зерна достигается главным образом соответствующей термообработкой (отжигом).

Улучшить свойства железа в процессе производства можно в результате многократных переплавок в вакууме, а также различных видов отжига: в водороде, вакууме и др.

Дри использовании железа в качестве магнитного материала необходимо учитывать эффект старения и влияние на магнитные свойства механических напряжений.

Под магнитным старением обычно понимают увеличение коэрцитивной силы железа со временем (иногда более чем в 1,5-2 раза), что объясняется структурными превращениями - образованием немагнитных включений определенной степени дисперсности. Повышение температуры ускоряет процессы старения.