Materiały magnetycznie miękkie i ich zastosowanie w zmiennych
advertisement
Materiały magnetycznie miękkie i ich zastosowanie w zmiennych polach magnetycznych Jacek Mostowicz Plan seminarium y Wstęp y Materiały magnetycznie miękkie y Podstawowe pojęcia y Prądy wirowe y Lepkość magnetyczna y Opór właściwy y Zjawisko naskórkowości y Przykłady materiałów y Zastosowania y Transformatory y MiG Wstęp Materiały magnetycznie miękkie y Grupa materiałów wykazująca właściwości ferromagnetyczne. Dzięki zmianom pola magnetycznego można łatwo „namagnesować” lub „rozmagnesować” materiał. y Pętla histerezy jest stosunkowo wąska o niskiej wartości koercji. Materiały magnetycznie miękkie y Hc – koercja magnetyczna, wartość zewnętrznego pola magnetycznego jaką trzeba przyłożyć do ferromagnetyka, aby zmniejszyć do zera jego namagnesowanie y Br – remanencja (namagnesowanie szczątkowe), wartość indukcji magnetycznej pozostała po usunięciu zewnętrznego pola magnetycznego Materiały magnetycznie miękkie y Pożądane właściwości: y Duża przenikalność magnetyczna, w celu uzyskania dużej wartości indukcji przy użyciu małego prądu y Jak najmniejsze straty (pole powierzchni histerezy) w przetwarzaniu energii (transformatory) y Duży opór właściwy w celu zmniejszenia start mocy wywołanych przez prądy wirowe Podstawowe pojęcia Prądy wirowe y Prąd indukujący się w metalach (przewodnikach) znajdujących się w zmiennym polu magnetycznym lub poruszających się względem źródła stałego pola magnetycznego. y Wywołane pole magnetyczne przeciwdziała zewnętrznemu polu. y Zewnętrzne pole jest ekranowane, nie ma pola magnetycznego wewnątrz materiału Lepkość magnetyczna y Jest to opóźnienie w przemagnesowaniu materiału. Obrót momentów magnetycznych w zmieniającym się zewnętrznym polu magnetycznym nie następuje od razu. Opór właściwy Z definicji: ρ= 1 σ gdzie σ to przewodność właściwa. Występująca np. w różniczkowym prawie Ohma. Zjawisko naskórkowości Wraz ze wzrostem częstotliwości zmian pola elektromagnetycznego zmniejsza się głębokość jego wnikania do środka materiału. Dlatego też prąd o wysokiej częstotliwości płynie tylko powierzchniowej warstwie materiału. Zjawisko naskórkowości Głębokość wnikania: 1 d= πfσμ f μ σ - częstotliwość -przenikalność magnetyczna -przewodność właściwa Przykładowe materiały Przykładowe materiały y Żelazo (Fe): Bnasycenia = 2,15T BR = 1,36T H C = 0,04 A μ pocz cm = 25000 μ max = 275000 Przykładowe materiały y Kobalt (Co): Bnasycenia = 1,78T BR = 0,49T HC = 8 A μ pocz cm = 70 μ max = 245 Przykładowe materiały y Nikiel (Ni): Bnasycenia = 0,6T BR = 0,395T HC = 3 A μ pocz cm = 300 μ max = 2400 Przykładowe materiały y Stopy żelaza: Al,Si,Co,Ni,Cr,V,RE Zastosowania zmiennoprądowe: Transformatory Stale krzemowe (do 4,4% Si) bardzo małe Hc do pracy przy 50Hz Przykładowe materiały y Stopy żelaza: Al,Si,Co,Ni,Cr,V,RE Zastosowania stałoprądowe: Elementy rdzeni elektromagnesów permalloy (Fe-Ni, 30% Ni) akcifer permendur (Fe-Co, 26% Co) nawiększe namagnesowanie nasycenia Bnasycenia = 2,5T Przykładowe materiały y Stopy niklu: Ni-Cu (60% Cu) y Stopy Pt-Pd (bardzo drogi materiał) y Chrom (Cr), oraz tlenki Cr Przykładowe materiały y Ferryty spinelowe: 2+ 3+ 2 M OFe O3 M=Fe, Ni, Cu, Mg Najbardziej znane: Magnetyt Hematyt Maghemit FeOFe2O3 = Fe3O4 −α 3 Fe2O Fe2O3−γ Przykładowe materiały y Ferryty heksagonalne: AB12O19 Dwuwartościowe: A=Ba, Pb, Sr Trójwartościowe: B=Al, Ga, Fe, Cr Ferryt barowy: BaFe12O19 rdzenie cewek pracujących w wysokich częstotliwościach Zastosowania Transformatory y Urządzenie, w którym następuje przekazanie energii elektrycznej z jednego obwodu do drugiego za pośrednictwem pola elektromagnetycznego. Transformatory Transformatory y W transformatorach występują straty mocy, które można podzielić na histerezowe i wiroprądowe. PTOTAL = PH + PW Transformatory y Zminimalizowanie strat jest ważne np. przy projektowaniu transformatorów, w których następuje wielokrotne przemagnesowanie rdzenia. y Straty od efektu wiroprądowego: 2 ⎛ f ⎞ 2 PW = σ ⎜ ⎟ Bm ⎝ 100 ⎠ Bm - wartość maksymalna indukcji w rdzeniu σ - współczynnik materiałowy Transformatory y Straty od efektu histerezowego: PH = σ H fB 1, 6 m Bm - wartość maksymalna indukcji w rdzeniu σ H - współczynnik materiałowy MiG y Materiały magnetycznie miękkie były wykorzystywane w starych głowicach odczytująco-zapisujących MiG (Metal in Gap) w dyskach twardych. y Obecnie wykorzystuje się je w głowicach cienkowarstwowych oraz GMR.
