Ферромагнитный сердечник — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Cтраница 1
Ферромагнитные сердечники 8 закреплены на чувствительном элементе и перемещаются вместе с ним. Датчик температуры 9 включен в схему термокомпенсации. Корпус вискозиметра устанавливают непосредственно в разрыв трубопровода, вследствие чего отпадает необходимость в дополнительном насосе, прокачивающем вискозу через прибор. [1]
Ферромагнитные сердечники, концентрируя магнитное поле в катушке и уменьшая сопротивление магнитному потоку, увеличивают этот поток, а соответственно и индуктивность катушки. Так как катушка работает в цепи переменного тока, массивный сердечник применять нельзя: в чем имеются пути для образования вихревых токов. Последние возникают как результат пересечения изменяющимся магнитным полем замкнутых участков поперечного сечения магнитопровода и резко увеличивают тепловые потери в сердечнике. Для устранения таких потерь сердечник делают из отдельных изолированных пластинок.
| Схема простейших магнитных цепей. [3] |
Ферромагнитный сердечник в данном случае называют магнитопроводом. [4]
Ферромагнитный сердечник нужен для создания радиально-однород-ного магнитного поля в воздушном зазоре. [5]
Ферромагнитные сердечники часто подвергаются намагничиванию случайными магнитными полями и перемагничиваются в слабых переменных полях по смещенным циклам. [6]
Ферромагнитный сердечник меняет конфигурацию поля в зазоре. Поле перестает быть однородным, так что вычисление эдс несколько усложняется, но гармоническая зависимость от времени остается. [7]
Ферромагнитный сердечник может привести к нелинейной зависимости между величиной потока в сердечнике и полным намагничивающим током всех обмоток, надетых на сердечник. [8]
Ферромагнитные сердечники управляются магнитным полем.
Внешнее поле, воздействующее на магнитное состояние сердечника, создается с помощью обмоток, по которым проходит ток. К основным статическим параметрам сердечника относятся коэрцитивная сила Яс, остаточная магнитная индукция Вг и коэффициент прямоугольности КП. Эти параметры можно определить по предельной статической петле гистерезиса ферромагнитного материала, которая является функцией В / () ( рис. 10.36), где В — магнитная индукция, а Н — напряженность равномерного постоянного или медленно изменяющегося внешнего магнитного поля.
[9]
Ферромагнитный сердечник с нанесенными на него обмотками образует распространенный в импульсных устройствах элемент, называемый трансформатором. В зависимости от петли гистерезиса используемого сердечника и, что гораздо более важно, режима перемаг-ничивания этого сердечника, различают, в основном, два вида таких элементов: 1) запоминающий ( или накопительный) трансформатор; 2) импульсный трансформатор. [10]
Ферромагнитные сердечники с цсоои ус 0 простираются по направлению оси х в обе стороны до бесконечности.
[11]
Ферромагнитный сердечник обычно выполняют из магнито-мягкого материала, магнитная характеристика которого — динамическая петля магнитного гистерезиса ( рис. 56, в, кривая 2) — отличается от статической ( кривая /) вследствие проявления инерционного действия вихревых токов. [12]
Ферромагнитные сердечники управляются магнитным полем. Внешнее поле, воздействующее на магнитное состояние сердечника, создается с помощью обмоток, по которым протекает ток. [13]
| Устройство электромагнитного прибора. I — катушка. 3 — лепестои. 3 — спиральная пружинка. 4 — стрелка. [14] |
Ферромагнитный сердечник прибора ( лепесток) обладает нелинейной кривой намагничивания. Поэтому сила притяжения лепестка к катушке не прямо пропорциональна току, она нелинейно зависит от тока. [15]
Страницы: 1 2 3 4
ФЕРРОМАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ — Coretech — радиоэлектронные компоненты
Ферриты, электротехнические стали и сплавы (альсиферы, пермаллои) относятся к классу сильномагнитных веществ — это мягкие магнетики.
При практическим использовании, популярные ферримагнитные мягкие вещества можно разделить на группы по химическому составу, магнитным свойствам и области применения магнитных материалов. Что естественно, в каждой такой группе можно выделять как универсальные материалы, которые за кордоном именуют general purpose, так и узко направленные, материалы разработанные для решения отдельных специальных, порой весьма сомнительных задач.
• MnZn – ферриты. Для силовой электроники.
Построение трансформаторов и дросселей для импульсных источников электропитания.
Основновные свойства материалов:
Высокие уровни индукции насыщения в сочетании с большими величинами магнитной проницаемости.
• MnZn – ферриты. EMI-filters. Материалы с высокой проницаемостью.
Основная область применения:
Дроссели с большими значениями индуктивности.
Элементы для подавления электромагнитных помех (EMI-suppression).Основновные свойства материалов:
Низкие пределы индукции насыщения и большие величины магнитной проницаемости.
Основная область применения:
Индуктивные элементы, способные работать на высоких частотах. Элементы для подавления электромагнитных помех.
Основновное свойство материалов:
Способность работать с высокочастотным сигналом.
Низкие уровни индукции насыщения и низкая магнитная проницаемость.
• Iron Powder (Распылённое железо)
Основная область применения материалов:
Недорогие дроссели для сильных токов, выходные дроссели выпрямителей.
Основновные свойства материалов:
Самые высокие пределы индукция насыщения и низкие величины магнитной проницаемости.
Способность работать в условиях очень высоких температур.
Основная область применения:
Экономичные дроссели для сильных токов с малыми потерями.
Основные свойства материалов:
Самые высокие пределы индукция насыщения и низкие величины магнитной проницаемости.
Способность работать в условиях значительного перегрева. Низкие потери в сердечнике.
• MPP (Мо-пермаллои или пресспермы)
Основная область применения:
Дроссели для сильных токов с наиболее низкими потерями на гистерезис.
Основные свойства материалов:
Самые низкие потери в сердечнике.
| Сравниваемые параметры материалов |
Распыленное |
High Flux |
Альсифер |
Молибден- |
(Gapped ferrite) |
| Состав Материала | Fe (100%) |
Fe(50%) + Ni(50%) |
Fe(85%) + Si(8%) + Al (6%) |
Ni(81%) + Fe(17%) + Mo(2%) |
Mn + Zn + Fe oxide |
| Начальная магнитная проницаемость | 3. |
14…160 | 26…125 | 14…550 | Определяется величиной зазора: ~10…10000 |
| Насыщение, Тл | 1,5 | 1,5 | 1,05 | 0,75 | 0,5 |
| Мощность потерь на 100 кГц, 0,05 Тл, (мВт/см3) | 260 | 200 | 120 | 230 | |
| Удельная стоимость | Самая низкая | Высокая | Средняя | Высокая | Средняя |
Ферриты – это многокомпонентные кристаллические вещества, общая химическая формула которых MeOFe2O3,
где Me- это атомы металла — Mn, Zn, Ni, Co, Cu, Fe, Mg.
Например:
MnO*ZnO x 2Fe2O3 — марганцево-цинковый феррит,
NiO*ZnO x 2Fe2O3 — никель-цинковый феррит,
MgO*MnO x 2Fe2O3 — магний-марганцевый феррит).
Такие материалы обладают полупроводниковыми свойствами, их собственное сопротивление гораздо выше, чем у электротехнических сталей.
Это свойство позволяет использовать ферриты при конструировании индуктивных элементов, работающих на высоких частотах, без опасения, что могут резко повыситься потери на вихревые токи.
Поликристаллические ферриты производят по керамической технологии. Из ферритового порошка, синтезированного из смеси исходных ферритообразующих компонентов и гранулированного со связкой, прессуют изделия нужной формы, которые подвергают затем спеканию при температурах от 900 до 1500 °C на воздухе или в специальной газовой атмосфере под давлением от 20МПа до 120МПа.
В итоге ферритовый порошок превращается в твёрдый материал, имеющий доменную гексагональную структуру с разнонаправленными магнитными моментами, которую рисуют в своих каталогах все более-менее компетентные производители сердечников.
Даже самые выносливые ферритовые материалы из группы «силовиков» достигают магнитного насыщения в относительно слабых магнитных полях, при индукции 0,4-0,5Тл. Но на практике редко когда можно себе позволять развивать индукцию в ферритовом сердечнике более 0,20-0,25Тл.
Ассортимент видов ферритов имеет широкий диапазон магнитных проницаемостей, различные марки предназначаются для решения разнообразных технических задач.
Широкий ассортимент ферритовых сердечников порой заставляет разработчиков радиоэлектронной аппаратуры забывать о существовании ещё нескольких интересных групп ферримагнитных материалов для сердечников индуктивных элементов: молибденовый пермаллой, альсифер, распылённое железо.
Основу таких материалов составляет карбонильное железо.
Перечисленные выше сплавы обладают довольно низким электрическим сопротивлением, что не позволяет использовать их в виде пластин или ленты на повышенных частотах из-за чрезмерно больших потерь на вихревые токи. Эта проблема решается путем использования указанных материалов в виде порошков.
Мелкодисперсные частицы магнитного сплава диаметром от 5 до 200 мкм покрывают слоем от 0,1 до 3 мкм полимерного материала, который является магнитодиэлектриком. Диэлектрик в таких материалах выполняет три функции: изолирует зерна ферромагнитного порошка друг от друга, резко снижая потери на вихревые токи; служит связующим, обеспечивающим механическую прочность сердечника; образует распределенный немагнитный зазор между частицами порошка. Полученную смесь прессуют пресс-формах под давлением около 2МПа.
Изменяя размеры частиц материала, толщину полимерного слоя и величину давления, удаётся варьировать магнитной проницаемостью готовых сердечников в диапазоне от единиц до нескольких сотен. Спекание сердечников в присутствии водорода позволяет препятствовать окислению, стабилизирует магнитные свойства материала и снимает внутреннее напряжение.
Из таких порошковых железных, железо-никелевых, альсиферовых и Мо-пермаллоевых материалов выпускаются тороидальные сердечники (кольца), а из распылённого железа и альсифера выпускаются также сердечники конфигурации ЕЕ.
Все виды сердечников, и кольца и Ш-образные, благодаря наличию распределенного немагнитного зазора, допускают в той или иной степени работу с подмагничиванием постоянным током (или переменным током низкой частоты, или постоянной составляющей несимметричного переменного или пульсирующего тока).
Как и другие металлургические отрасли, производство ферритов и ферросплавов наносит большой вред экологии. Добыча и обогащение руды, переплавка и гранулирование или изготовление порошка, спекание, шлифование и покраска готовых изделий приводит к загрязнению атмосферного воздуха и воды.
По этой причине крупные европейские и американские предприятия переносят производство ферритов и ферросплавов в развивающиеся страны, в Китай, в Индию. Этот процесс стимулируется наличием в новых индустриальных регионах доступного исходного сырья, рабочей силы и огромного рынка производства электронной техники.
Правительства развивающихся стран оказывают всемерную поддержку развитию производства.
Демистификация электромагнетизма, часть 5. Ферромагнитные сердечники
Катушка с проводом создает магнитное поле, когда через нее проходит ток. Магнитное поле наиболее сильно в середине катушки. Вставка ферромагнитного материала в середину катушки существенно увеличивает запас энергии в магнитном поле. Почему, откуда берется эта энергия и могут ли тепловые (ди)поля объяснить это?
Что такое поляк?
Электромагнитное поле, хотя и создается током, протекающим по петле (или петлям) провода, ведет себя так, как будто существует положительный и отрицательный «источник», индуцирующий магнитное поле. Считайте эти источники полюсами. Магнитное поле пронизывает 2 полюса, проходя через них и огибая их. Поле постоянного магнита такое же, мы просто назовем эти полюса «Север» и «Юг»:
Северный и южный «полюса» постоянного магнита В то время как электрическое поле может генерироваться одним точечным зарядом (монополем), магнитное поле ВСЕГДА ведет себя так, как будто есть 2 полюса.
Нет такой вещи, как магнитный монополь!
Строго говоря, 2 магнитных полюса ведут себя так, как будто они настолько близко друг к другу, что между ними нет промежутка, т. е. диполь. Поле тонет в одном полюсе и выходит из другого.
Тепловые диполи
Существует близкая аналогия между магнитными полями и теплопроводностью, как показано в следующей таблице:
Теплопроводность — Аналогия магнитного поляСпособность среды пропускать свойство через себя характеризуется ее теплопроводностью (для потока тепла в теплопроводности) и проницаемостью (для «потока» магнитного потока). Когда теплопроводность определяется в терминах теплопроводности на метр (Кл/м), ее аналогия с магнитной проницаемостью (Гн/м) очевидна.
Можно ли с помощью этой прямой аналогии эмулировать магнитное поле термически? Рассмотрим модель теплопроводности, в которой два очень тонких источника фиксированной температуры прилегают друг к другу и помещены в материал с фиксированной теплопроводностью.
Один источник имеет более высокую температуру, чем его сосед. Тепло будет вытекать из высокотемпературного источника и течь в низкотемпературный источник. Вот как выглядит результирующая анимация этого пути теплового потока при моделировании с помощью Simcenter Flotherm:
Тепловая петля вокруг 2 тонких источников, из одного с положительной температурой в один с фиксированным 0 градусов по Кельвину.
Достаточно близко?
Давайте сравним это поле теплового потока с эквивалентным магнитным полем, создаваемым одиночным контуром с током, смоделированным с помощью Simcenter MAGNET:
Тепловой поток теплопроводности, аналогичный магнитному потоку магнитной модели, я бы сказал, что результирующие векторные поля достаточно близки, чтобы оправдать аналогию. Два поля проникают одинаково, с тепловым потоком (Вт/м 2 ) аналогична плотности магнитного потока, B (Вб/м 2 ) и теплопроводность (Кл/м) аналогична магнитной проницаемости (Гн/м).
Термическая катушка?
Как мы уже говорили в части 4, моток проволоки похож на множество петель проволоки, расположенных рядом друг с другом. То же самое верно и для тепловой эквивалентной модели катушки индуктивности:
Петли катушки аналогичны нескольким тепловым диполямТочно так же, как катушка магнитно ведет себя как множество смежных петель, с точки зрения теплопроводности аналогией является несколько тепловых диполей.
А как насчет ферромагнитных сердечников?
Ферромагнитный материал — это материал, который сам намагничивается при помещении в другое магнитное поле. Когда такой цилиндрический сердечник помещается в катушку, плотность магнитного потока внутри этого сердечника значительно увеличивается. Ферромагнитный материал имеет магнитную проницаемость намного выше, чем воздух, который он заменяет.
То же верно для эквивалентной модели теплового диполя. Теплопроводность материала в объеме, занимаемом диполями, может быть заменена материалом с гораздо более высокой теплопроводностью и, таким образом, с ним увеличивается тепловой поток.
Опять же, диполи тепловой модели являются слишком упрощенной аналогией для учета конечных эффектов, но одинаковое увеличение «потока» в сердечниках в обеих моделях очевидно. .
Да, но почему?
Надеюсь, я продемонстрировал аналогию между теплопроводностью и магнитной проницаемостью как с точки зрения определения их единиц, так и с помощью моделирования. Но почему ферромагнитный сердечник с его высокой магнитной проницаемостью приводит к увеличению плотности магнитного потока и, следовательно, энергии, запасенной в магнитном поле?
Все сводится к суперпозиции. Магнитное поле, создаваемое катушкой, дополняется магнитным полем, создаваемым сердечником (которое само по себе вызвано магнитным полем катушки). Поскольку ферромагнитные атомы с их неспаренными внешними электронами выравниваются магнитным полем катушки, их собственные теперь выровненные магнитные поля добавляются к полю, которое их вызвало.
На самом деле магнитное поле, создаваемое сердечником, намного сильнее, чем магнитное поле катушки, которое его «вызвало».
Хорошо, но откуда берется эта дополнительная энергия?
Ничего даром не получишь. С сердечником или без него протекание тока в катушке для краевых условий фиксированного падения напряжения одинаково. Однако индуктивность была увеличена, поэтому можно хранить больше энергии, и катушке потребуется гораздо больше времени, чтобы достичь устойчивого состояния. Это увеличенное «время зарядки магнитного поля», которое является платой.
Следующее моделирование Simcenter MAGNET сравнивает переходную характеристику катушки с ферромагнитным сердечником и без него. Цветная диаграмма плотности магнитного потока, Б.
Переходный ток и энергия магнитного поля — с сердечником и без него В конце отклика на приложенное фиксированное падение напряжения ток принимает постоянное значение, независимо от того, есть ли сердечник или нет. Как показано в части 4, индуктивность устройства такова, что оно задерживает установление тока.
При добавлении ферромагнитного сердечника индуктивность увеличивается, поэтому для установления протекания тока требуется больше времени (больше задержка между изменением напряжения и соответствующим изменением тока).
Кроме того, количество энергии, которое в итоге накапливает магнитное поле, также намного больше, и для его создания требуется больше времени, когда есть ядро, по сравнению с тем, когда его нет.
Анекдот
В прошлом году я заменил подъездную дорожку, непосильная работа, но очень полезная. Перед укладкой верхнего слоя гравия я выкопал французский водосток, чтобы подъездная дорожка не заболачивалась в знаменитую дождливую английскую погоду.
Когда любитель устанавливает французский дренаж 🙂 С точки зрения течения геологической жидкости «проницаемость» является общепризнанным параметром, который определяет, насколько легко жидкость может течь через пористую среду, такую как недра. При замене грунта перфорированной трубой, окруженной гравием, проницаемость значительно увеличивается, а массовый расход жидкости в дренаже будет намного выше, чем в его окружении.
Учитывая, что одно и то же слово «проницаемость» используется как для описания способности материала проникать через магнитное поле, так и для протекания через него жидкости, эту магнитно-гидроаналогию можно было бы использовать вместо описанной выше магнитно-тепловой аналогии. . Однако с магнитной точки зрения воздух имеет очень низкую проницаемость, а с точки зрения потока жидкости воздух имеет очень высокую проницаемость!
Хотите быть в курсе новостей Siemens Digital Industries Software? Нажмите здесь, чтобы выбрать контент, который подходит именно вам
Ферромагнетизм
Ферромагнетизм Железо, никель, кобальт и некоторые редкоземельные элементы (гадолиний, диспрозий) проявляют уникальное магнитное поведение, которое называется ферромагнетизмом, потому что железо (ferrum на латыни) является наиболее распространенным и наиболее ярким примером. Самарий и неодим в сплавах с кобальтом использовались для изготовления очень сильных редкоземельных магнитов. Ферромагнитные материалы демонстрируют явление дальнего порядка на атомном уровне, которое заставляет неспаренные электронные спины выстраиваться параллельно друг другу в области, называемой доменом. Внутри домена магнитное поле сильное, но в объемном образце материал обычно не намагничивается, потому что многие домены сами по себе ориентированы случайным образом по отношению друг к другу. Ферромагнетизм проявляется в том, что небольшое внешнее магнитное поле, скажем, от соленоида, может заставить магнитные домены выровняться друг с другом, и говорят, что материал намагничен. В этом случае возбуждающее магнитное поле будет увеличиваться в большую сторону, что обычно выражается как относительная магнитная проницаемость материала. Есть много практических применений ферромагнитных материалов, таких как электромагнит. Ферромагнетики имеют тенденцию оставаться в некоторой степени намагниченными после воздействия внешнего магнитного поля. Эта склонность «запоминать свою магнитную историю» называется гистерезисом. Все ферромагнетики имеют максимальную температуру, при которой ферромагнитные свойства исчезают в результате термического перемешивания. Эта температура называется температурой Кюри. Ферромагнитные материалы будут механически реагировать на приложенное магнитное поле, слегка изменяя длину в направлении приложенного поля. Это свойство, называемое магнитострикцией, приводит к знакомому гудению трансформаторов, поскольку они механически реагируют на переменное напряжение частотой 60 Гц.
| Index | |||
| Назад |
Доля намагниченности насыщения, которая сохраняется при удалении возбуждающего поля, называется остаточной намагниченностью материала и является важным фактором в постоянных магнитах. Дальний порядок, создающий магнитные домены в ферромагнитных материалах, возникает в результате квантово-механического взаимодействия на атомном уровне. | Index Reference | ||
| Назад |
Это взаимодействие примечательно тем, что оно удерживает магнитные моменты соседних атомов в жестком параллельном порядке для большого числа атомов, несмотря на тепловое возбуждение, которое имеет тенденцию к хаотизации любого порядка на атомном уровне. Размеры доменов колеблются от 0,1 мм до нескольких мм. При приложении внешнего магнитного поля уже выровненные в направлении этого поля домены растут за счет своих соседей. Если бы все спины были выровнены в железке, поле было бы около 2,1 Тесла. Магнитное поле около 1 Тл может быть создано в отожженном железе с внешним полем около 0,0002 Тл, умножением внешнего поля в 5000 раз! Для данного ферромагнетика дальний порядок резко исчезает при определенной температуре, которая для материала называется температурой Кюри. Температура Кюри железа составляет около 1043 К. Для данного ферромагнитного материала дальний порядок резко исчезает при определенной температуре, которая для материала называется температурой Кюри.
| Index | ||
| Назад |
Температура Кюри железа составляет около 1043 К. Температура Кюри дает представление о количестве энергии, необходимой для разрушения дальнего порядка в материале. При 1043 К тепловая энергия составляет около 0,135 эВ по сравнению с примерно 0,04 эВ при комнатной температуре.Микроскопическое упорядочение электронных спинов, характерное для ферромагнитных материалов, приводит к образованию областей магнитного выравнивания, называемых доменами. Основное значение доменов заключается в том, что в ферромагнитных материалах уже имеется высокая степень намагниченности внутри отдельных доменов, но в отсутствие внешних магнитных полей эти домены ориентированы случайным образом. Эти иллюстрации доменов являются только концептуальными и не предназначены для предоставления точной шкалы размера или формы доменов. Микроскопические данные о намагниченности указывают на то, что результирующая намагниченность ферромагнитных материалов в ответ на внешнее магнитное поле может фактически происходить в большей степени за счет роста доменов, параллельных приложенному полю, за счет других доменов, а не за счет переориентации самих доменов. подразумевается в эскизе. Некоторые из более прямых доказательств, которые мы имеем о доменах, получены из изображений доменов в монокристаллах ферромагнитных материалов. Эскизы выше сделаны по Юнгу и адаптированы из увеличенных изображений границ доменов в монокристаллах никеля. Они предполагают, что влияние внешних магнитных полей вызывает сдвиг доменных границ в пользу тех доменов, которые параллельны приложенному полю. Домены можно сделать видимыми с помощью магнитных коллоидных суспензий, концентрирующихся по границам доменов. Границы доменов можно визуализировать поляризованным светом, а также с помощью электронной дифракции. Наблюдение за движением границ доменов под влиянием приложенных магнитных полей помогло в развитии теоретических трактовок. Показано, что образование доменов минимизирует магнитный вклад в свободную энергию. | Index Ссылки Myers | ||
| Назад |
Небольшое приложенное магнитное поле может вызвать большую степень выравнивания магнитных моментов с внешним полем, что дает большое увеличение приложенного поля.
Неясно, как это относится к объемным магнитным материалам, которые являются поликристаллическими. Имейте в виду тот факт, что внутренние магнитные поля, возникающие из-за дальнего упорядочения электронных спинов, намного сильнее, иногда в сотни раз сильнее, чем внешние магнитные поля, необходимые для создания этих изменений в выравнивании доменов. Эффективное увеличение внешнего поля, которое может быть достигнуто за счет выравнивания доменов, часто выражается в терминах относительной проницаемости.
11Магнитная постоянная μ 0 = 4π x 10 -7 Тл м/А называется проницаемостью пространства. Проницаемость большинства материалов очень близка к μ 9.0243 0 , так как большинство материалов классифицируются как парамагнетики или диамагнетики. Но у ферромагнитных материалов проницаемость может быть очень большой, и материалы удобно характеризовать относительной проницаемостью.
Когда ферромагнитные материалы используются в таких приложениях, как соленоид с железным сердечником, относительная магнитная проницаемость дает вам представление о том, какое усиление приложенного магнитного поля может быть достигнуто при наличии ферромагнитного сердечника.  |
