Глава 3 Перемагничивание сердечника. Математическое моделирование. Общие сведения
При проектировании трансформатора необходимо учитывать в сердечнике связь В от Н, влияние величины Вr – коэрцитивной силы, а также МДС, материал проводника и его сопротивление. Между вольт – амперными характеристиками и характеристиками намагничивания существует более тесная связь, чем просто формальная аналогия. В магнитной цепи электрические и магнитные величины взаимозаменяемы.
3.1. Электрические и магнитные величины для сердечника
3.1.2.2. Необратимое смещение доменной границы.
В магнитных материалах, содержащих дефекты кристаллической решетки, плотность энергии доменной границы зависит от ее положения, причем эта зависимость может быть весьма сложной. Равновесному состоянию доменной границы будет
соответствовать минимальная плотность ее граничной энергии в определенной точке. В результате действия внешнего магнитного поля доменная граница испытывает давление и в зависимости от величины напряженности поля может сместится относительно своего начального положения. Если при обратном уменьшении поля граница возвращается в исходное положение, то такой процесс называют обратимым. Если же при уменьшении увеличенного поля не возвращается в исходное положение, то такой процесс называют необратимым.
3.1.2.3. Возникновение зародышей перемагничивания.
В магнитном материале, намагниченном до насыщения, доменные границы отсутствуют. При перемагничивании, то есть при появлении намагниченности, антипараллельной исходной, возникают зародыши перемагничивания области обратной намагниченности, часто называемые зародышами перемагничивания. Зародыши перемагничивания могут возникать как при уменьшении магнитного поля, так и при изменении направления поля. Критическую величину поля Нni, при которой возникают зародыши перемагничивания, называют полем зародышеобразования в объеме магнитного материала. Это поле может быть как положительным, так и отрицательным.
В зависимости от знака поля Нni величина остаточной индукции Вг будет различной. Так, если все поля Нni положительны, то разность между индукцией насыщения и остаточной индукцией будет зависеть от величины зародышей перемагничивания, вектор самопроизвольной намагниченности в которых поворачивается из направления внешнего поля в кристаллографически наиболее выгодное направления легкого намагничивания. При отрицательных значениях возникает добавочное уменьшение остаточной индукции, зависящее от объема зародышей с обратной намагниченностью.[4]
3.1.2.4. Необратимые процессы вращения самопроизвольной намагниченности.
Различают два основных вида необратимых процессов вращения намагниченности: однородное и неоднородное.
В случае однородного вращения во всех малых объемах магнитного материала самопроизвольная намагниченность под действием поля поворачивается на один и тот же угол. Необходимым условием однородного вращения самопроизвольной намагниченности в магнитном материале является положительное приращение свободной энергии при любом нарушении однородности самопроизвольной намагниченности.[5]
Магнитные материалы с размерами, большими размера абсолютной однодоменности, перемагничиваются посредством неоднородного вращения самопроизвольной намагниченности. Локальная самопроизвольная намагниченность в различных точках магнитного материала во внешнем поле направлена под разными углами к оси легкого намагничивания. Предложены различные модели перемагничивания.
На рисунок 3.1 схематически представлены: а - однородное вращение самопроизвольной намагниченности; б - изгиб; в -завихрение; г - параллельное вращение; д - веерообразное вращение самопроизвольной намагниченности во внешнем поле.[2]
Когда размер частичы достигает критического, то есть когда перемагничивание становится неоднородным, поле зародышеобразования равно коэрцитивной силе.[1]
а)
б) в) г) д)
Рисунок 3.1. Различные виды процессов вращения самопроизвольной намагниченности
Несмотря на формальность рассмотренных моделей некогерентного вращения самопроизвольной намагниченности, особенно последней, из-за отсутствия более последовательных теоретических схем они получили значительное распространение при анализе экспериментальных результатов по изучению гистерезисных свойств групп ферромагнитных частиц. Очевидным недостатком всех этих моделей является пренебрежение дефектностью кристаллической решетки, при учете которой выявляется возможность создания количественной последовательной теории неоднородного вращения самопроизвольной намагниченности.[6]