Проницаемость, насыщение и магнитная гистерезис: интерпретация кривых B-H

Для визуализации того, как проницаемость материала варьируется, мы наносим напряженность магнитного поля (H) на горизонтальную ось, а результирующую индукцию (B) — на вертикальную. Использование H (МДС, деленная на длину материала) и B (общий поток, деленный на площадь поперечного сечения) устраняет зависимость от размера образца, позволяя универсальное сравнение магнитного отклика любого материала — так же, как ом·cmil/ft описывает сопротивление независимо от длины провода.

Этот график, известный как нормальная кривая намагничивания или кривая B-H, раскрывает явление насыщения. Для материалов вроде чугуна, литейной стали и электротехнической стали индукция выпрямляется при росте напряженности поля. Изначально выстраиваются лишь немногие магнитные домены, поэтому дополнительная магнитодвижущая сила легко увеличивает B. Как только домены в основном выстроены, добавление большей силы поля дает убывающий отклик; материал достигает магнитного насыщения и не может вместить дополнительный поток.

Воздушные электромагниты никогда не насыщаются, но они генерируют weit меньший поток, чем ферромагнитное ядро при том же числе витков и токе.

Магнитная гистерезис

Гистерезис — задержка между приложенным магнитным полем и результирующим потоком. В механических системах гистерезис рулевого управления иллюстрирует это: поворот руля влево и вправо требует дополнительного вращения для преодоления задержки связи. В магнитных системах ферромагнитное ядро сохраняет намагниченность после удаления приложенного поля — свойство, известное как остаточная намагниченность. Когда полярность поля меняется, ядро сопротивляется размагничиванию, производя характерную S-образную петлю гистерезиса.

Рассмотрим следующую последовательность:

1. Приложите постепенно возрастающее поле; B растет по прямой кривой намагничивания.

2. Прекратите ток; ядро удерживает остаточный поток, равный пику B при нулевом приложенном поле.

3. Приложите обратное поле; индукция следует обратной ветви кривой до зеркального отрицательного пика.

4. Остановите ток снова; ядро теперь удерживает остаточный поток в отрицательном направлении.

5. Повторно приложите положительный ток; поток поднимается обратно к исходному положительному пику, завершая петлю гистерезиса.

Площадь, заключенная этой петлей, оценивает энергию, потерянную на магнитное трение за каждый цикл.

Пример гистерезиса в автомобилях

Гистерезис также появляется в рулевых системах автомобилей. Натянутая система демонстрирует крутой график — рулевое управление меняется быстро; в то время как ослабленная система показывает более плавный склон, указывая на большую задержку.

В точных применениях, таких как гонки или проектирование электромагнитных цепей, гистерезис может подрывать точность или тратить энергию. Наоборот, магнитные запоминающие устройства и ферритовые шумовые фильтры полагаются на намеренный гистерезис для сохранения данных и подавления высокочастотных скачков.

Обзор

• Проницаемость материала варьируется с величиной приложенного магнитного потока.
• Соотношение между напряженностью поля (H) и индукцией (B) улавливается нормальной кривой намагничивания (B-H).
• Чрезмерная магнитодвижущая сила может загнать ферромагнитный материал в насыщение, за пределами которого дополнительный поток не может быть размещен.
• Остаточная намагниченность приводит к гистерезису, задержке намагничивания при смене направления поля.

Связанные рабочие листы

• Рабочий лист: Промежуточный электромагнетизм и электромагнитная индукция
• Рабочий лист: Магнитные единицы измерения