Materiały magnetycznie miękkie i ich zastosowanie w zmiennych polach magnetycznych. Jacek Mostowicz

Transkrypt

1 Materiały magnetycznie miękkie i ich zastosowanie w zmiennych polach magnetycznych Jacek Mostowicz

2 Plan seminarium Wstęp Materiały magnetycznie miękkie Podstawowe pojęcia Prądy wirowe Lepkość magnetyczna Opór właściwy Zjawisko naskórkowości Przykłady materiałów Zastosowania Transformatory MiG

3 Wstęp

4 Materiały magnetycznie miękkie Grupa materiałów wykazująca właściwości ferromagnetyczne. Dzięki zmianom pola magnetycznego można łatwo namagnesować lub rozmagnesować materiał. Pętla histerezy jest stosunkowo wąska o niskiej wartości koercji.

5 Materiały magnetycznie miękkie Hc koercja magnetyczna, wartość zewnętrznego pola magnetycznego jaką trzeba przyłożyć do ferromagnetyka, aby zmniejszyć do zera jego namagnesowanie Br remanencja (namagnesowanie szczątkowe), wartość indukcji magnetycznej pozostała po usunięciu zewnętrznego pola magnetycznego

6 Materiały magnetycznie miękkie Pożądane właściwości: Duża przenikalność magnetyczna, w celu uzyskania dużej wartości indukcji przy użyciu małego prądu Jak najmniejsze straty (pole powierzchni histerezy) w przetwarzaniu energii (transformatory) Duży opór właściwy w celu zmniejszenia start mocy wywołanych przez prądy wirowe

7 Podstawowe pojęcia

8 Prądy wirowe Prąd indukujący się w metalach (przewodnikach) znajdujących się w zmiennym polu magnetycznym lub poruszających się względem źródła stałego pola magnetycznego. Wywołane pole magnetyczne przeciwdziała zewnętrznemu polu. Zewnętrzne pole jest ekranowane, nie ma pola magnetycznego wewnątrz materiału

9 Lepkość magnetyczna Jest to opóźnienie w przemagnesowaniu materiału. Obrót momentów magnetycznych w zmieniającym się zewnętrznym polu magnetycznym nie następuje od razu.

10 Opór właściwy Z definicji: ρ = 1 σ σ gdzie to przewodność właściwa. Występująca np. w różniczkowym prawie Ohma.

11 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.

12 Zjawisko naskórkowości Głębokość wnikania: d = 1 πfσμ f μ σ -częstotliwość -przenikalność magnetyczna -przewodność właściwa

13 Przykładowe materiały

14 Przykładowe materiały Żelazo (Fe): B nasycenia = 2,15T B H μ pocz μ R C = 1,36T = 0,04 A cm = max =

15 Przykładowe materiały Kobalt (Co): B nasycenia = 1,78T B H R C μ pocz = 0,49T = 8 A cm = 70 μ max = 245

16 Przykładowe materiały Nikiel (Ni): B nasycenia = 0,6T B H R C μ pocz = 0,395T = 3 A cm = 300 μ max = 2400

17 Przykładowe materiały 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

18 Przykładowe materiały 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 B nasycenia = 2, 5T

19 Przykładowe materiały Stopy niklu: Ni-Cu (60% Cu) Stopy Pt-Pd (bardzo drogi materiał) Chrom (Cr), oraz tlenki Cr

20 Przykładowe materiały Ferryty spinelowe: M=Fe, Ni, Cu, Mg M 2+ OFe 3+ 2 O 3 Najbardziej znane: Magnetyt Hematyt Maghemit FeOFe = 2O3 Fe3O4 α 2 O 3 Fe γ Fe 2 O 3

21 Przykładowe materiały Ferryty heksagonalne: Dwuwartościowe: A=Ba, Pb, Sr AB 12 O 19 Trójwartościowe: B=Al, Ga, Fe, Cr Ferryt barowy: BaFe 12 O 19 rdzenie cewek pracujących w wysokich częstotliwościach

22 Zastosowania

23 Transformatory Urządzenie, w którym następuje przekazanie energii elektrycznej z jednego obwodu do drugiego za pośrednictwem pola elektromagnetycznego.

24 Transformatory

25 Transformatory W transformatorach występują straty mocy, które można podzielić na histerezowe i wiroprądowe. P = P + TOTAL H P W

26 Transformatory Zminimalizowanie strat jest ważne np. przy projektowaniu transformatorów, w których następuje wielokrotne przemagnesowanie rdzenia. Straty od efektu wiroprądowego: P 2 f = σ B 2 W m 100 B m σ - wartość maksymalna indukcji w rdzeniu -współczynnik materiałowy

27 Transformatory Straty od efektu histerezowego: P H = σ H fb 1,6 m B m σ H - wartość maksymalna indukcji w rdzeniu -współczynnik materiałowy

28 MiG Materiały magnetycznie miękkie były wykorzystywane w starych głowicach odczytująco-zapisujących MiG (Metal in Gap) w dyskach twardych. Obecnie wykorzystuje się je w głowicach cienkowarstwowych oraz GMR.

29