- Đối với các vật liệu phi từ tính như đồng, nhôm v.v , các vật liệu cách điện như Fibre, Bakelite và không khí, quan
2- Đối với dây tròn, có cách điện lớp Hình 1.25b
1.7 ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NAM CHÂM VĨNH CỬU
173
MẠCH TỪ
CHƯƠNG 1
1.7 ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NAM CHÂM VĨNH CỬU
Hình 1.28 biểu diễn đặc tính từ hóa của một vài loại vật liệu NCVC thường gặp.
2 - Trong khi đó vật liệu ALNICO-8 có giá trị từ dư thấp hơn, nhưng ngược lại có lực kháng từ lớn hơn so với của ALNICO-5.
Nhược điểm của các vật liệu ALNICO là chúng có giá trị lực kháng từ thấp và dễ bị bể.
1 - ALNICO-5 được sử dụng tương đối rộng rãi, thành phần của nó gồm có: sắt, Nickel, Aluminium và Cobalt. Nó được phát hiện chính thức vào năm 1931, ALNICO-5 có giá trị từ dư tương đối lớn.
MẠCH TỪ
CHƯƠNG 1
1.7 ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NAM CHÂM VĨNH CỬU
3 - Các vật liệu NCVC là hợp kim gốm được chế tạo từ oxyde sắt và Barium hoặc Strontium carbonate, chúng có giá trị từ dư thấp hơn so với của vật liệu ALNICO, nhưng lực kháng từ của chúng lại lớn một cách rõ rệt (Ceramic-7) dẫn đến việc chúng khó bị khử từ hơn. Một trong các vật liệu loại đó là Ceramic-7 Hình 1.28. Đặc tính khử từ của nó gần như là một đường thẳng. Các vật liệu kim loại gốm có cơ tính tốt và dễ chế tạo vì vậy chúng được sử dụng rộng rãi hơn so với các vật liệu NCVC khác.
4 - Somarium Cobalt được sử dụng trong các NCVC từ những năm 60, khi người ta phát hiện ra nguyên tố đất hiếm.
175
MẠCH TỪ
CHƯƠNG 1
1.7 ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NAM CHÂM VĨNH CỬU
Hình 1.28 có thể thấy rằng nó có từ dư lớn ngang bằng với từ dư của ALNICO đồng thời lại có giá trị lực kháng từ lớn hơn nhiều, do đó khả năng năng lượng của NCVC loại này cũng cao hơn.
5 - Vật liệu nam châm đất hiếm mới nhất là Neodimium - sắt - Boron. Đặc điểm của nó, ngoài các giá trị từ dư và lực kháng từ lớn, khả năng lượng cực đại cũng lớn hơn so với vật liệu Somarum - Cobalt. Đặc tính cơ của vật liệu loại này cũng rất tốt, dễ chế tạo vì vậy hy vọng rằng vật liệu này sẽ được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong NCVC.
MẠCH TỪ
CHƯƠNG 1
1.7 ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NAM CHÂM VĨNH CỬU
- Xét mạch từ trong Hình 1.29. Nó bao gồm một bộ phận làm từ vật liệu NCVC gắn vào trong một lõi thép từ mềm có độ từ thẩm lớn và có cuộn dây kích từ N vòng dây.
177
MẠCH TỪ
CHƯƠNG 1
1.7 ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NAM CHÂM VĨNH CỬU
Hình 1.30
Khi tham khảo H 1.30, ta cho rằng vật liệu từ cứng trong mạch từ Hình 1.29 chưa bị từ hóa trước đó, và bây giờ ta sẽ xem xét điều gì sẽ xảy ra khi cho dòng điện chảy qua cuộn dây kích từ.
MẠCH TỪ
CHƯƠNG 1
1.7 ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NAM CHÂM VĨNH CỬU
- Vì lõi thép được xem như có độ từ thẩm lớn không xác định, trục ngang trong Hình 1.30 có thể được biểu diễn cho cả hai đại lượng:
I=H.l/N và H trong vật liệu NCVC.
- Khi cho dòng điện I tăng lên tới giá trị cực đại, quỹ tích của B - H tăng từ điểm a trong Hình 1.30 về phía giá trị cực đại của nó tại
điểm b.
- Để từ hóa hoàn toàn vật liệu ta cho rằng I đã tăng tới giá trị Imax đủ lớn để vật liệu có thể chuyển sang trạng thái bảo hòa tại b.
- Khi cho dòng điện từ từ giảm xuống giá trị zero, đặc tính B-H bắt đầu hình thành vòng từ trễ, và đạt tới điểm c khi dòng điện giảm xuống giá trị zero.
179
MẠCH TỪ
CHƯƠNG 1
1.7 ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NAM CHÂM VĨNH CỬU
- Tại điểm c, lưu ý rằng H trong vật liệu là bằng zero nhưng B đạt giá trị từ dư Br.
- Khi dòng điện bắt đầu đảo chiều (chuyển sang giá trị âm) đường B -H tiếp tục khép kín tạo ra vòng từ trễ và đạt tới điểm d.
- Tuy nhiên nếu bây giờ dòng điện lại bắt đầu giảm để trở về giá trị zero thì quỹ tích đường B-H không còn di chuyển theo đường cong từ trễ ban đầu để trở về điểm c nữa mà nó di chuyển theo đường từ trễ riêng để đạt tới điểm f khi I = 0.
- Ta thấy rằng khi vật liệu bị khử từ lần thứ nhất tới điểm d, thì từ dư trong vật liệu sẽ tương ứng với giá trị f nhỏ hơn so với giá trị từ dư ban đầu Br. Lưu ý rằng ta có thể tiếp tục khử từ vật liệu từ dư d tới e, lúc đó tại điểm e sẽ hình thành một vòng từ trễ riêng khác và sẽ có thể thành lập đường hồi phục thứ hai.
- Hiện tượng khử từ bằng hiệu ứng kích thích âm mà ta vừa đề cập ở trên hoàn toàn tương tự như việc khử từ bằng cách thay đổi khe hở không khí. Có thể dùng mạch từ trong Hình 1.29 để làm một thiết bị khử từ cho vật liệu từ cứng. Quá trình khử từ đòi hỏi phải có kích từ ban đầu lớn và sau đó từ từ giảm về giá trị zero.
MẠCH TỪ
CHƯƠNG 1
1.7 ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NAM CHÂM VĨNH CỬU
- Như vậy, vật liệu từ cứng ví dụ như ALNICO-5 có thể bị khử từ trong quá trình hoạt động. Vì vậy gắn trong trong mạch từ mỗi vật liệu cụ thể có thể được tính toán để làm việc ổn định trong một phạm vi khe hở không khí nhất định, ngoài phạm vi này hoặc khi vật liệu chịu một dòng điện khử từ quá lớn, thì sự ổn định có thể sẽ bị mất và vật liệu chuyển sang làm việc ở đường từ trễ riêng mới, làm cho đặc tính từ của nó bị suy giảm đáng kể.
181
- Tuy nhiên cũng có một vài loại vật liệu NCVC ví dụ như Somarium Cobalt, Ceramic-7 và Neodymium- Sắt - Boron Hình 1.28 có thể hoạt động ổn định không phụ thuộc vào sự biến đổi độ lớn của khe hở không khí trong mạch từ
MẠCH TỪ
CHƯƠNG 1
1.7 ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NAM CHÂM VĨNH CỬU
- Điều này là do các vật liệu này có giá trị lực từ kháng lớn và có khuynh hướng đưa hai đường khử từ và phục hồi của vật liệu tiếp xúc với nhau trên một đoạn lớn trong vùng làm việc của đặc tính B- H.
- Điều này được minh họa trong Hình 1.28 trong đó trình bày đường cong từ hóa DC của Neodimium - sắt- Boron. Có thể thấy ngay rằng, vật liệu này có điểm làm việc ở 1,25 Tesla và 940 KA/m.
MẠCH TỪ
CHƯƠNG 1
1.7 ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NAM CHÂM VĨNH CỬU
- Đoạn đặc tính giữa các điểm trên là đường thẳng có độ dốc bằng 1,06µ0 và có cùng giá trị độ dốc của đường hồi phục.
- Vì vậy các vật liệu loại này có thể làm việc lâu dài ở các giá trị về từ trên đường đặc tính B - H mà không phụ thuộc vào độ lớn của khe hở không khí d cũng như không yêu cầu sự từ hóa bổ sung.
183
MẠCH TỪ