Намагничивание и перемагничивание ферромагнитных материалов

Нередко на практике возникает необходимость намагнитить сердечник, размагнитить его или перемагнитить.

Для этого используют схему на рис. 6.38, а. Объяснить процессы, происходящие при этом, можно при помощи кривой намагничивания В (Н), на рис. 6.38, б).

Рис. 6.38. Схема для снятия кривой намагничивания (а); кривая намагничивания (б)

Исходному состоянию схемы и сердечника соответствует точка «0» на рис. 6.38, б.

В этой точке Н = 0, т.е. тока в катушке нет, В = 0, т.е. сердечник не намагничен.

Если подать на катушку напряжение питания (с указанной без скобок полярностью), в катушке появится ток определенного направления.

По мере увеличения тока магнитная индукция станет нарастать сначала прямо пропорционально току в катушке (участок АБ), затем чуть медленнее (участок БВ – «колено» кривой намагничивания), а потом – совсем медленно (участок ВГ).

Начиная с точки Г, увеличивать ток не имеет смысла – индукция не будет изменяться. В этой точке наступает т.н. насыщение сердечника. Иначе говоря, сердечник намагничен.

Если надо размагнитить сердечник, постепенно уменьшают ток до нуля (точка Е).

Однако в отсутствие тока в сердечнике сохранится небольшая индукция (поток).

Эта индукция называется остаточной, обозначается и выражается отрезком Е0 на кривой.

Чтобы полностью размагнитить сердечник, изменяют поляиность напряжения питания, поэтому ток в катушке изменится на обратный и станет размагничивать сердечник.

При увеличении тока до значения, соответствующего точке Ж, сердечник полностью размагничен, т.ею превращен в кусок обычного железа.

Для перемагничивания сердечника, начиная с точки Ж, продолжают увеличивать обратный ток катушки.

Намагничивающая сила, необходимая для полного размагничивания сердечника, называется коэрцетивной и обозначается Н_{0 .} На рис. 6.38, б эта сила выражается отрезком 0Ж.

Далее процесс повторяется, а именно: на участке ЖЗ сердечник намагничивается с обратной полярностью магнитных полюсов, на участке ЗИ индукция в нём уменьшается до остаточной, на участке ИК он повторно размагничивается, на участке КВГ повторно намагничивается с восстановлением первоначальной полярности магнитных полюсов.

Намагничивание сердечников применяют в устройствах постоянного тока, например, в электрических машинах и электроизмерительных приборах.

Перемагничивание же сердечников происходит автоматически в цепях переменного тока, который дважды за период изменяет своё направление.

Поясним с помощью кривой намагничивания разницу между намагничивающей силой и магнитным потоком. Эти два понятия – не одно и то же. Между тем даже в учебниках встречаются подобные ошибки (см. «Электроэнергетические системы морских судов», векторные диаграммы, поясняющие принцип действия автоматических регуляторов напряжения типа МСС и др.)

Так вот, напряженность магнитного поля Н (см. рис. 6.38, б) и намагничивающая сила F связаны формулой

. (6.99)

Аналогично, магнитная индукция (рис. 6.38, б) и магнитный поток Ф также связаны формулой

. (6.100)

Отсюда следует, что на кривой намагничивания по горизонтальной оси можно вместо напряженности Н отложить значения магнитодвижущей силы F, а по вертикальной – вместо индукции В магнитный поток Ф.

Таким образом, эти две физические величины связаны через кривую намагничивания, т. е. их можно считать прямо пропорциональными только для прямолинейного участка кривой (участок АБ).

И последнее.

Совершенно понятно, что их нельзя считать одним и тем же параметром – МДС характеризует способность создавать магнитное поле катушки с током, но без сердечника, а поток характеризует способность создавать магнитное поле катушки, но с сердечником.

Не путайте намагничивающую силу F и магнитный поток Ф. Это – разные физические величины. Вы же не путаете, например, литры и килограммы (два литра колбасы или килограмм минеральной воды «Боржоми»).

6.2.11. Электромагнитная индукция. Основные сведения

To induce (англ.) – возбуждать, вызывать (быть причиной), индуктировать, индуцировать, наводить (ЭДС, ток), побуждать, порождать.

Из множества значений этого глагола пока примем один: наводить ЭДС.

Явление электромагнитной индукции открыл в 1831 г. Майкл Фарадей – английский ученый, основоположник учения об электромагнитном поле.

Он задался целью – получить электрический ток с помощью магнитного поля.

Дело в том, что до сих пор источником электрического тока были аккумуляторные батареи – тяжёлые, громоздкие и капризные в работе. Поэтому в те годы шёл интенсивный поиск новых источников тока, которые не имели бы указанные недостатки.

Опыт, позволивший открыть явление электромагнитной индукции, состоял в следующем.

В катушку, соединенную с чувствительным гальванометром, вставлялся магнит (рис. 6.39).

 

.

 

Рис. 6.39. Опыт, позволивший открыть явление электромагнитной индукции

 

Гальванометр показывал прохождение тока только при движении магнита внутри катушки. Если магнит не двигался, ток не возникал.

Сейчас уже известно, что ток возникает также в случае, если магнит неподвижен, а движется проводник. Такое происходит в генераторах постоянного тока.

ЭДС электромагнитной индукции возникает во многих других случаях (см. ниже), но в любом из этих случаев условие возникновения ЭДС одно и тоже, а именно: