ЗАГАЛЬНІ ВИМОГИ, ЩО ПРЕД’ЯВЛЯЮТЬСЯ ДО МАГНІТНОМ’ЯКИХ МАТЕРІАЛІВ
Магнітном'які матеріали мають надзвичайно різноманітне та широке застосування. Їх використовують у магнітних ланцюгах електричних машин і трансформаторів, вимірювальних пристроїв, магнітних підсилювачів, реле, як магнітні екрани, осердя котушок індуктивностей тощо.
Залежно від конкретних умов застосування матеріалу виникають різні вимоги до нього. Наприклад, матеріал для магнітних екранів повинен мати високі початкову та максимальну проникність, для імпульсних трансформаторів суттєвою є швидкість наростання магнітної індукції та форма імпульсу тощо.
Однак можна сформулювати і деякі загальні вимоги, з яких зазначимо такі:
Магнітном'який матеріал повинен легко намагнічуватися і розмагнічуватися, тобто гістерезисна петля для таких матеріалів повинна бути вузькою, чому відповідає мале значення коерцитивної сили і велике значення магнітної проникності, насамперед початкової та максимальної. Виконання цієї умови визначає, наприклад, величину струму холостого ходу трансформаторах. За цими параметрами найкращими матеріалами є пермалої.
Матеріал повинен мати велику індукцію насичення, тобто забезпечувати проходження максимальної величини магнітного потоку через задану площу поперечного перерізу магнітопроводу. Виконання цієї вимоги відповідає отриманню найменших габаритів та ваги пристрою. Тому робоча точка часто вибирається значно вищою за ту, якій відповідає максимальна проникність. Наприклад, для електротехнічних сталей максимум проникності має місце при 6000-8000 гс, а робоча індукція зазвичай становить для трансформаторів малої потужності 12000 гс, для більш потужних-15000 гс. Найбільшу індукцію насичення маютьзалізо та електротехнічні сталі
3. При роботі в змінних полях матеріал повинен мати, можливо, менші повні втрати.
Величина втрат може бути дуже великою. Наприклад, у лінії передачі потужністю 100 Мва з трансформаторами на кінцях вони досягають 600 кет, що складає щорічну втрату 5 млн. кет • год.
Втрати визначають робочу температуру магнітопроводу, яка має перевищувати допустимої величини.
Зниження втрат підвищує енергетичний к. п. д., а також дозволяє при заданій температурі перегріву підвищити робочу індукцію, внаслідок чого зменшиться вага та габарити пристрою.
Вище було зазначено, що повні втрати складаються із втрат на гістерезис), вихрові струми та додаткові втрати.
Втрати на гістерезис пропорційні площі петлі гістерези та частоті перемагнічування. Так як для різних матеріалів Яс змінюється в десятки та сотні разів, а Вг і Bs тільки в кілька разів, то в першому наближенні втрати на гістерезис, віднесені до одного циклу перемагнічування, пропорційні коерцитивної сили, яка має бути мінімальною.
Втрати на вихрові струми залежать від електричного опору магнітопроводу, максимальної індукції та частоти перемагнічування (див. формулу 24). Для зменшення цих втрат збільшують електричний опір магнітопроводу, застосовуючи матеріали з великим питомим опором, а також шихтовані осердя у вигляді пакета з тонких електрично ізольованих один від одного пластин.
Останнім часом широке застосування отримали стрічкові осердя, що навиваються з тонкої стрічки з міжвитковою електричною ізоляцією.
Природа додаткових втрат є складною. З ними доводиться зважати тільки на високих частотах, тобто для таких матеріалів,як ферити та магнітодіелектрики.
Визначення складових втрат дозволяє знайти шляхи зменшення повних втрат. Наприклад, з підвищенням частоти підвищується частка втрат на вихрові струми і, здавалося б, зменшення повних втрат треба застосовувати тонші пластини. Однак відомо, що зменшення товщини прокату понад деякий критичний значення викликає різке збільшення втрат на гістерезис. Отже, застосування дуже тонких аркушів може спричинити зменшення, а навіть збільшення повних втрат. Кількісна оцінка складових втрат у кожному випадку дозволяє знайти оптимальне рішення.
Крім перелічених основних вимог, можна вказати і деякі інші вимоги, що пред'являються до магнітно-м'яких матеріалів.
Від листових та стрічкових металевих матеріалів вимагається висока пластичність, що забезпечує хорошу якість штампувань і тривалість роботи штампів, хорошу якість поверхні (відсутність іржі, окалини, горбків, вм'ятин тощо), відсутність різнотовщинності; для листових матеріалів також мінімальна хвилястість і коробова - тость. Виконання цих вимог дозволяє підвищити коефіцієнт наповнення, що призводить до зменшення габаритів пристрою.
Прокат бажано мати не у вигляді листів, а у вигляді рулонів, оскільки це дозволяє автоматизувати як виробництво матеріалів, так і виготовлення сердечників.
Бажано, щоб магнітні властивості матеріалу мало залежали від механічної напруги. Чим менша ця залежність, тим більше матеріал можна обжати при складанні осердя, тобто тим вище буде коефіцієнт заповнення. На жаль, залежність властивостей від механічних напруг характерна більшості магнітно-м'яких матеріалів. Особливо сильно змінюються у своїйпочаткова та максимальна проникності та коерцитивна сила. Проникність у сильних полях та індукція насичення від механічної напруги залежать мало. Найбільш суттєво механічні напруження впливають на властивості пермалоїв.
Магнітні властивості після механічної обробки відновлюються внаслідок застосування термообробки (відпалу).
В окремих випадках суттєвими є стабільність властивостей від часу та температури, лінійність кривої намагнічування (на певній ділянці), прямокутність петлі та ін. Необхідно також враховувати вартість та дефіцитність матеріалу.