Криві розмагнічування постійних магнітів


     Для саморобних генераторів нині підходять лише два види магнітів : феритові і рідкоземельні. Їх коерцитивна сила, здатність протистояти зовнішньому розмагнічуючому полю струму статора в генераторі вдесятеро перевершує колишні матеріали. Нові магніти з'явилися зовсім нещодавно, тому методи розрахунку, і правила, які застосовувалися до колишніх магнітів, в силу інерції ще продовжують жити в інженерному середовищі і породжують непорозуміння.


     Постійні магніти мають тільки одну магнітну характеристику - криву розмагнічування. Часто виробники саму криву не приводять, а лише табличний дають істотні точки цієї кривої : залишкову індукцію Br, коэрцитивную силу по індукції HcB, коерцитивну силу по намагніченості H або інше позначення Hcj .


     Для виміру кривою розмагнічування виготовляють замкнутий магніт у формі кільця і навивають згори обмотку розмагнічування. Для виміру індукції зробимо дуже вузьку кільцеву щілину і вставимо туди вимірювальну рамку. Центральний керн усередині цієї рамки повинен залишитися на місці і не обертатися інакше буде порушено поле. Магніт намагнічений по кругу, як показано на нім стрілками, а котушка створює поле протилежної спрямованості. Якщо струм в розмагнічуючій котушці дорівнює нулю, то поле усередині магніта максимально, воно рівне Br . Або залишковій індукції. Далі збільшують струм, по струму обчислюють H, і будують залежність Bi від H . Нагадаю, що Bi - це внутрішня індукція, тобто поле, яке створює сам магніт, а H - це напруженість розмагнічуючого поля. На графіці я намалював ще одну вісь, де розмагнічуюче поле перераховане в розмагнічуючу індукцію Bразм.


800 кА/м відповідає 1 Тл.


Рамка вимірює сумарне поле


B = Bi – Bразм.


     Але графіки для РЗМ магнітів і феритових магнітів будуються у вигляді Bi = f( H). Тому Bi - поле магніта потрібно вираховувати. Це просто. У кожній точці відома індукція розмагнічуючої котушки, вона розраховується по струму в котушці. До індукції розмагнічування потрібно додати свідчення рамки. Графіки будують відносно індукції магніта, а не відносно сумарного поля тому, що так наочніше видно як магніт протистоїть зовнішньому полю. І в проспектах фірм приводяться частіше тільки ці графіки. Нижче приведена крива розмагнічування ферит-барієвого магніта 18BA300.








     Точка, яка перетинає вісь ординат, називається коерцитивною силою магніта по намагніченості. HcJ Вона дорівнює такому зовнішньому полю, яке потрібно прикласти, щоб знищити внутрішньо поле магніта (образно кажучи, змусити усі атоми магніта обернутися упоперек поля). У цій точці поле магніта дорівнює нулю, тому загальне поле рівно зовнішньому розмагнічуючому полю.


     Але в технічних розрахунках потрібний графік сумарного поля, бо саме сумарне поле проходить крізь котушки статора і створює там корисний струм. Проведемо допоміжну лінію, показану на графіці червоним кольором. Вона проходить через точку з координатами Bi =0,5 Тл; H = 400 кА/м (Вразм. = 0,5 Тл). Віднімаючи з ординат синього графіку ординати червоного, отримаємо графік сумарної індукції, позначений зеленим кольором.


     Відчуваєте тонкість моменту? Спочатку зняли зелений графік, перерахували його в синій і виклали для споживачів. Тепер покупці повинні перераховувати синій графік назад в зелений! Петля гістерезису, та і годі!


     У точці перетину синього і червоного графіку поля магніта і розмагнічуючої котушки рівні і сумарне поле дорівнює нулю. Точка HcB називається коерцитивною силою магніта по індукції. Ця точка відмічає момент, коли в магніті існують два поля рівних за величиною і спрямованих протилежно. Якщо для розрахунків замінювати магніт еквівалентним соленоїдом, то еквівалентними параметрами соленоїда буде напруженість HcB, а не HcJ . По кривою розмагнічування (яка насправді в цьому випадку пряма) видно, що ми можемо допускати навіть такі струми в статорі, які доведуть індукцію в магнітному ланцюзі до нуля. Навіть в цьому випадку ми не перейдемо вліво за точку А на ділянку, що падає. При переході за цю точку відбувається безповоротне часткове розмагнічування магніта.


     Нижче показана крива розмагнічування для іншої марки ферит-барієвого магніта 28БА170.


      Червоний і синій графіки перетнулися ліворуч від точки А. Робоча точка генератора лежить приблизно посередині кривою розмагнічування на рівні Bi = 0,2 Тл. При невеликому перевищенні струму в статорі ми потрапляємо на область лівіше за точку А в точку З і магніт втратить частину своїх властивостей. Він працюватиме по лінії повернення зображеною на малюнку зеленою штриховою рисою. Лінія повернення для феритових магнітів паралельна верхній частині графіку розмагнічування. Робоча точка опуститься на рівень Bi = 0,1 Тл. Напруженість (тобто струм в котушці статора) зменшиться теж в два рази, і потужність впаде в чотири рази, хоча значення залишкової індукції Br впаде не так сильно. Тому при небезпеці перевантажень генератора, небезпеці коротких замикань і роботі на реактивне навантаження бажано мати у магнітів криву розмагнічування широку, а не високу. Щоб коэрцитивная сила HcB, помножена на магнітну постійну, тобто перерахована в Тл, була б більше, ніж Br для цього магніта. Надійним показником буде значне перевищення значення HcJ над HcB, як це було у попереднього магніта.


     Лінія повернення для РЗМ магніта, зображена штриховою лінією, при малих значеннях розмагнічуючого поля повертається майже на колишній рівень Br. Тому "підпалений" РЗМ магніт примагничивать залізо буде приблизно з такою ж силою при зупиненому генераторі, але потужність генератора знизиться значно.


     Лінія повернення зображена не за характеристиками, приведеними для цього магніта, (у характеристиках її немає) а досить довільно. Для РЗМ магнітів приблизно виконується таке співвідношення, що втрата Br складає половину його безповоротного перемагнічування нижче точки А. Подивитеся на малюнку по зеленій лінії. Магніт був перемагнічений з 0,28 до 0,02 Тл на величину 0,26 Тл. Отже, нова точка Br цього магніта лежатиме на 0,13 Тл нижче за стару, на рівні 1,17 Тл. Лінія повернення насправді розщеплюється на дві лінії, залежно від того розмагнічуємо ми магніт або знімаємо зовнішнє поле. Але ці лінії проходять настільки близько один до одного, що для практики ця різниця несуттєва.


     Для старих магнітних матеріалів з малою коерцитивною силою оптимальний режим генератора часто знаходився нижче за точку А, тому лінія повернення була робочою лінією. Для нових матеріалів - це переважно аварійний режим.


     На наступному малюнку побудований графік твору (BH). Видно, що максимум віддачі від магніта досягається на половині Br. На практиці із-за розсіяння магнітного поля робочу точку вибирають дещо вищий.


     У тих випадках, коли графік розмагнічування відсутній, залишається вважати, що лінія розмагнічування сполучає дві точки Br і Hc = 760 000*Br