Đường cong từ hoá:

2. Phân loại vật liệu điện

3.1.4. Đường cong từ hoá:

Là đường đặc tính biểu diễn mối quan hệ B = f(H)

Quá trình từ hoá được đặc trưng bởi đường cong từ hoá hình 4.1.

Hình 4.1: Đường cong từ hóa

Luyện từ cho sắt từ bằng cách tăng dần dòng điện gây từ (do đó tăng cường độ từ trường khác). B(Gauss 1200 8000 4000 0 0 0 0 1 1 H(Ơcstet 0 Tesla 1,2 0,8 0,4

36

- Lúc đầu, cường độ từ cảm B tăng tỷ lệ với cường độ từ trường H và quan hệ B = f(H) là đường thẳng (đoạn OA). Đó là giai đoạn tỷ lệ  = const, sau đó B tăng chậm dần theo H, ta có giai đoạn bắt đầu bão hoà từ (đoạn AB), 

giảm dần.

- Khi H đã đủ lớn, B tăng rất chậm, ta có giai đoạn bão hoà thực sự, đường cong B = f(H) gần như nằm ngang.

- Khi sắt từ đã đến giai đoạn bão hoà (điểm B), ta bắt đầu giảm H, B giảm theo. Ban đầu B giảm chậm, sau đó giảm nhanh hơn (đoạn BC). Ta thấy cùng một giá trị của H mà B có 2 giá trị khác nhau (khi giảm lớn hơn khi tăng). Hiện tượng đó gọi là hiện tượng từ trễ. Khi H giảm về 0, B vẫn còn một giá trị nào đó gọi là từ dư Bdư (đoạn 0C).

- Để khử từ dư, ta đổi chiều H và tăng dần trị số về phía âm cho đến khi B = 0, ta có giá trị tương ứng của H gọi là từ trường khử từ Hc (đoạn 0D).

- Tiếp tục tăng H từ Hc đến giai đoạn bão hoà từ thực sự về phía âm, ta được đoạn DE. Điểm E ứng với điểm bão hoà từ về phía âm có cường độ từ trường bão hoà -BB.

- Ta giảm HB về 0, B giảm từ giá trị -BB về giá trị Bdư (nhánh EF). - Đổi chiều H, tiếp tục tăng qua trị số khử từ Hc và trị số bão hoà HB (đoạn FGB), ta được một đường cong khép kín BCDEFGB gọi là chu trình từ hoá hay chu trình từ trễ. Diện tích của chu trình từ trễ gọi là mắt từ trễ

Hình 4.2: Chu trình từ hóa vật liệu sắt từ

Trên chu trình từ trễ có những điểm đáng chú ý: Điểm 1 có H = 0, B = Bo Điểm 2 có B = 0, H = HC

Khi từ hoá với từ trường xoay chiều vật kiệu sắt từ có tổn hao do từ hóa gồm hai phần: Tổn hao do từ trễ và tổn hao do dòng điện xoáy.

0 A B C BB +HB +HC -HC D E F G -HB

37 3.2 Mạch từ và tính toán mạch từ

Mạch từ là gồm lõi sắt từ có hay không có các khe không khí và từ thông sẽ đóng kín qua chúng. Việc sử dụng vật liệu sắt từ nhằm mục đích thu được từ trở cực tiểu, đối với từ trở này sức từ động cần thiết để đảm bảo cảm ứng từ hay từ thông mong muốn có giá trị của nó nhỏ nhất. Tính toán một mạch từ tức là xác định sức từ động theo các giá trị của từ thông đã cho, các kích thước của mạch và bản chất của các vật liệu được sử dụng.

3.2.1. Các công thức cơ bản

Khi tính toán mạch từ, có thể áp dụng các định luật cơ bản của mạch điện vì giữa chúng tồn tại sự tương tự qua lại.

a. Định luật Kirchauffe 1: Áp dụng cho mạch từ được phát biểu như sau: Đối với một nút bất kì trong mạch từ, tổng các từ thông đi vào và đi ra khỏi nút bằng không.

b. Định luật Kirchauffe2: Đối với một mạch vòng khép kín trong mạch từ, tổng các từ áp rơi trên mạch vòng đó và các sức từ động bằng không.

c. Định luật Ohm phát biểu như sau: Đối với một nhánh bất kỳ trong mạch từ, tích số giữa từ thông chảy qua và tổng trở từ bằng từ áp rơi giữa hai đầu của nhánh đó.

3.2.2. Sơ đồ thay thế của mạch từ

Rn, R1, Rg là từ trở của nắp, lõi và gông mạch từ

Rδ là từ trở của khe hở không khí

Rσ là từ trở rò từ lõi này sang lõi kia

δ: Khe hở không khí

Ф 0 : từ thông tổng qua gông của mạch từ

Ф lv: từ thông làm việc Ф σ: từ thông rò từ lõi này sang lõi kia

38 3.2.3. Mạch từ xoay chiều

Mạch từ xoay chiều có các đặc điểm khác mạch từ một chiều:

- Dòng điện trong cuộn dây xoay chiều phụ thuộc vào tổng trở của nó. - Đối với mạch từ xoay chiều, khi khe hở không khí tăng lên dẫn đến sự tăng theo của từ trở mạch từ và ngược lại.

- Đối với mạch từ xoay chiều cuộn dây điện áp, số vòng dây có quan hệ chặt chẽ tới giá trị từ thông trong mạch từ và điện áp U.

3.2.4. Những hư hỏng thường gặp

Các loại vật liệu dẫn từ được sử dụng để chế tạo các mạch từ của các thiết bị điện, máy điện và khí cụ điện, nên khi sử dụng lâu ngày sẽ bị hư hỏng và ta thường gặp các dạng hư hỏng sau:

+ Hư hỏng do bị ăn mòn kim loại: Đa phần chúng là các chất sắt từ và các hợp chất sắt từ nên chúng cũng bị tác động của môi trường xung quanh và tác dụng đó diễn ra dưới hai hình thức ăn mòn: ăn mòn điện hóa, ăn mòn hóa học như những kim loại khác mặc dù trên bề mặt chúng có lớp sơn cách điện

+ Hư hỏng do điện: Trong quá trình làm việc do xảy ra các hiện tượng như quá điện áp, do bị ngắn mạch nên các cuộn dây đặt trên mạch từ bị cháy dẫn tới làm hỏng các mạch từ.

+ Hư hỏng do bị già hóa của kim loại: Dưới tác dụng của thời gian và môi trường làm cho các tính chất của vật liệu từ bị thay đổi.

+ Hư hỏng do các tác động từ bên ngoài: Dưới tác dụng của ngọa lực làm cho các vật liệu từ bị biến dạng hoặc bị hỏng.

+Dưới tác dụng của nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng lên ( khoảng 125°C) các vật liệu có từ tính sẽ mất từ tính.

3.3. Một số vật liệu dẫn từ thông dụng

Tất cả các vật liệu dẫn từ tuỳ theo tính chất có thể chia làm 3 nhóm: - Vật liệu sắt từ mềm: Có trị số lực kháng từ thấp, độ thẩm từ cao, suất tổn thất thấp. Các vật liệu nhóm này được dùng trong các mạch xoay chiều và một chiều của các thiết bị điện: thép lá kỹ thuật điện, thép kỹ thuật điện, thép cácbon thấp, Fecmalôi.

- Vật liệu sắt từ cứng: Thường dùng là hợp kim để chế tạo nam châm vĩnh cửu, chúng có cảm ứng từ dư rất cao.

- Vật liệu sắt từ đặc biệt: Các vật liệu kích thích từ cao, độ bão hoà lớn, điện trở suất cao, thường gọi là các chất điện ngôi từ. ứng dụng trong kỹ thuật Radio, thông tin, Rađa, máy tính.

39 3.3.1. Vật liệu sắt từ mềm.

a. Thép lá kỹ thuật điện.

Trong công nghiệp đặc biệt là trong kỹ thuật điện thép lá kỹ thuật điện được ứng dụng rất rộng rãi, chúng có đặc tính từ và đặc tính điện khác nhau. Khi thay đổi hàm lượng Silic trong công nghiệp chế tạo loại thép có hàm lượng Silic cao được dùng khi yêu cầu có tổn thất từ trễ và dòng xoáy nhỏ, đồ thẩm thấu từ lớn, từ trường yếu và trung tính.

Thép có hàm lượng Silic thấp thì độ thẩm thấu từ nhỏ, độ bão hoà từ lớn, thường dùng loại thép này cho thiết bị một chiều hoặc xoay chiều tần số thấp, cảm ứng từ cao.

Thép cán nguội có hàm lượng Silic thường là cao được dùng nhiều vì tổn thất từ nhỏ hơn so với thép cán nóng và độ thẩm thấu từ theo chiều cảm ứng nhỏ. Thép khối có độ thẩm thấu từ nhỏ.

Thép lá kỹ thuật điện đặc biệt là loại được cán nguội dễ biến chất khi bị biến dạng và dễ bị thay đổi từ tính khi bị rèn, dập, cắt, kéo...

b. Fecmalôi

Là hợp kim của Sắt và Niken, tuỳ theo hàm lượng của Ni mà chia Fecmalôi ra làm hai loại sau:

- Fecmalôi nhiều Ni; Ni = (72  80)%

Công dụng: Làm lõi cuộn cảm có kích thước nhỏ, làm MBA âm tần nhỏ và các MBA xung và trong khuếch đại từ.

- Fecmalôi ít Ni; Ni = (40  50)%

Có cảm ứng từ bão hoà lớn gấp đôi so với loại nhiều Ni. Do đó nó được dùng làm lõi MBA lực, làm lõi cuộn cảm và các dụng cụ cần có mật độ từ thông cao. Đưa vào thành phần của Fecmalôi các tạp chất như: Đồng, Mangan, Molipđen

thì tác dụng của Mangan nâng cao điện trở suất của Fecmalôi. Tác dụng của Molipđen làm cho Fecmalôi chịu được biến dạng. Tác dụng của Đồng làm cho độ thẩm từ trong phạm vi từ trường bé.

3.3.2. Vật liệu sắt từ cứng

Loại này có lực khử từ HC lớn, đường cong từ trễ lớn.

Công dụng: Dùng làm các nam châm vĩnh cửu. Đặc trưng của nó là cho năng lượng ra bên ngoài lớn.

Vật liệu dùng làm nam châm vĩnh cửu đơn giản nhất là thép chứa Silic, Vonfram, Crôm, Molipđen ngoài ra còn có các hợp kim (gồm Al, Ni, Fe).

40 3.3.3. Các vật liệu sắt từ có công dụng đặc biệt

* Từ môi

Là vật liệu do ép bột của chất liên kết hữu cơ hay vô cơ với vật liệu sắt từ. Thành phần cơ bản gồm Cacbonic, Fecmalôi và Alusife.

Yêu cầu phải có từ tính tốt, chất liên kết phải có khả năng để tạo nên màn cách điện chắc chắn giữa các hạt và gắn liền các hạt với nhau và có cùng một độ dày.

Từ môi cần có tổn hao điện môi bé, có độ thẩm từ  ổn định với thời gian và khi nhiệt độ thay đổi. Vật liệu này dùng làm lõi các cuộn cảm của bộ lọc máy phát điện.

* Ferit

Là loại vật liệu có điện dẫn, điện tử bé, điện trở suất của nó lớn hơn vật liệu sắt từ (từ 1011  1016) lần, do đó năng lượng tổn hao ở cùng tần số cao rất bé. Công dụng: Được dùng nhiều trong kỹ thuật vô tuyến điện tử. Ferit là hệ thống có Oxit sắt và Oxit kim loại, Ferit chia làm 4 loại:

- Ferit mềm - Ferit cao tần

- Ferit có đường từ trễ hẹp - Ferit từ cứng.

+ Ferit mềm: Là hợp kim của Niken và Kẽm có cảm ứng từ B đạt 0,3 Tesla.

Lực khử từ đạt HC = 0,2 ơtstet.

Dùng làm cuộn dây của bộ lọc, dùng làm màn từ, dùng làm loi MBa xung, lõi MBA quét mành trong vô tuyến truyền hình.

+ Ferit cao tần: Là loại Ferit có chứa nhiều oxit Mangan, nó được dùng trong phạm vi tần số cao, khi dùng trong tần số cao nó sẽ xuất hiện nhiều tính chất đặc biệt có thể điều khiển được bằng cách cho trường tác dụng thay đổi.

Công dụng: Dùng để chế tạo phần tử điều khiển và dẫn sóng, chế tạo các đổi nối.

+ Ferit có đường từ trễ hẹp: Có đường cảm ứng từ dự B0 lớn gần bằng trị số cảm ứng từ B. Lực khử từ Hc bé. Từ hoá nó được dùng ở trạng thái từ hoá với cảm ứng từ +B0V - B0.

Công dụng: Dùng làm các phần tử đổi nối với hai trạng thái ổn định và các phần tử nhớ trong máy tính điện tử.

41

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Trọng Thắng, Công nghệ chế tạo và tính toán sửa chữa máy điện 1,2,3 NXB Giáo Dục 2000.

[2] Trần Khánh Hà, Máy điện 1,2 NXB Khoa học và kỹ thuật 2004.

[3] Nguyễn Xuân Phú ( chủ biên), Quấn dây, sử dụng và sủa chữa động cơ xoay chiều và một chiều thông dụng, NXB Khoa học và Kỹ thuật 2000.

[4] Đặng văn Đào, Kỹ Thuật Điện, NXB Giáo Dục 2004.

[5] Trần Thế San, Nguyễn Đức Phấn, Thực hành kỹ thuật cơ điện lạnh, NXB Đà Nẵng 2001.

[6] Nguyễn Xuân Phú, Khí cụ điện- Kết cấu, sue dụng và sửa chữa, NXB Khoa học và Kỹ thuật 2002.