포화도(자성)

Saturation (magnetic)
9개의 강자성 재료의 자화 곡선으로 포화를 나타냅니다.
  1. 판금강
  2. 실리콘강
  3. 주강
  4. 텅스텐강
  5. 자석강
  6. 주철
  7. 니켈
  8. 코발트
  9. 마그네타이트[1]

일부 자성 물질에서 볼 수 있듯이, 포화는 인가된 외부 자계 H의 증가가 재료의 자화를 더 증가시키지 못하여 총 자속 밀도 B가 다소 낮아졌을 때 도달하는 상태이다(다만, 상자성 때문에 자계가 매우 느리게 증가하고 있다).포화도는 철, 니켈, 코발트 및 이들의 합금과 같은 강자성 및 강자성 물질의 특성입니다.강자성 물질마다 포화도가 다릅니다.

묘사

포화는 물질의 자화 곡선(BH 곡선 또는 이력 곡선이라고도 함)에서 곡선의 오른쪽으로 구부러지는 것으로 가장 명확하게 나타납니다(오른쪽 그래프 참조).H 필드가 증가함에 따라 B 필드는 물질의 포화 수준인 최대값에 점근적으로 접근합니다.엄밀히 말하면 포화도 이상에서는 B장은 계속 증가하지만 상사성 속도로는 포화도 [2]이하에서 볼 수 있는 강자성 속도보다 몇 배 작다.

자기장 H와 자기장 B의 관계는 자기투과율 B / ({스타일 \ r / ({ 스타일 = \/ \ _로 표현될 수 있으며, 서 0 \은 진공이다강자성 물질의 투과율은 일정하지 않지만 H에 따라 달라집니다.포화성 물질에서는 상대 투과율이 H에 따라 최대치까지 증가하며, 포화 상태에 가까워지면 1을 [2][3]향해 반전 및 감소한다.

재료마다 포화도가 다릅니다.예를 들어 변압기에 사용되는 고투과성 철 합금은 1.6~2.2테슬라(T)[4]에서 자기 포화 상태에 도달하는 반면 페라이트는 0.2~[5]0.5T에서 포화됩니다. 일부 비정질 합금은 1.2~[6]1.3T에서 포화됩니다. 뮤 금속은 약 0.[7][8]8T에서 포화됩니다.

포화상태로 인해 강자성체의 자기투과율f μ가 최대치에 도달한 후 감소한다.

설명.

상세 정보:강자성

철과 같은 강자성 물질은 자화 방향을 바꿀 수 있는 작은 영구 자석처럼 작용하는 자기 영역이라고 불리는 미세한 영역으로 구성되어 있습니다.재료에 외부 자기장이 인가되기 전에 도메인의 자기장은 랜덤 방향으로 배향되어 서로 효과적으로 상쇄되므로 순 외부 자기장은 무시할 수 있을 정도로 작다.재료에 외부 자화장 H가 가해지면 재료를 투과시켜 도메인을 정렬시키고, 그 작은 자기장을 회전시켜 외부와 평행하게 정렬시켜 재료에서 뻗어나가는 큰 자기장 B를 생성한다.이것은 자화라고 불립니다.외부 자기장 H가 강할수록 도메인이 더 많이 정렬되어 자속 밀도 B가 높아집니다.결국, 특정 외부 자기장에서 도메인 벽은 가능한 한 멀리 이동해, 결정 구조가 허락하는 한 도메인이 정렬되기 때문에, 그 이상으로 외부 자기장을 증가시키는 도메인 구조의 변화는 무시할 수 있다.자화는 거의 일정하게 유지되며 [9]포화 상태라고 한다.포화 상태에서의 도메인 구조는 [9]온도에 따라 달라집니다.

효과와 용도

포화상태는 강자성 코어 전자석과 변압기에서 얻을 수 있는 최대 자기장을 약 2T로 제한하며, 이는 코어의 최소 크기를 제한합니다.이것이 고출력 모터, 발전기 및 유틸리티 변압기가 물리적으로 큰 이유 중 하나입니다. 고출력 생산에 필요한 대량의 자속을 전도하려면 큰 자기 코어가 필요합니다.항공기의 변압기 및 전기 모터와 같이 자기 코어의 중량을 최소한으로 유지해야 하는 용도에서는 Permendur와 같은 고포화 합금이 종종 사용됩니다.

전자회로에서 강자성 코어를 가진 변압기와 인덕터는 코어 재료를 포화 상태로 만들 정도로 전류가 클 때 비선형적으로 작동합니다.이는 인덕턴스 및 기타 특성이 드라이브 전류의 변화에 따라 달라진다는 것을 의미합니다.선형 회로에서는 일반적으로 이것이 이상적인 동작으로부터의 바람직하지 않은 이탈로 간주됩니다.AC 신호가 적용되면 이러한 비선형성으로 인해 고조파가 생성되고 상호 변조 왜곡이 발생할 수 있습니다.이를 방지하려면 철심 인덕터에 적용되는 신호의 수준을 제한하여 포화되지 않도록 해야 합니다.그 효과를 낮추기 위해 변압기 [10]코어의 일부에 공극이 발생합니다.자기 코어를 포화시키는 데 필요한 권선을 통과하는 전류인 포화 전류는 많은 인덕터 및 변압기의 사양에서 제조업체에 의해 제공됩니다.

한편, 채도는 일부 전자 기기에서는 악용된다.포화도는 아크 용접에 사용되는 포화 코어 변압기 및 전압 조절기 역할을 하는 강공진 변압기의 전류를 제한하기 위해 사용됩니다.1차 전류가 특정 값을 초과하면 코어가 포화 영역으로 밀려 2차 전류의 추가 증가를 제한합니다.보다 정교한 응용에서는 포화 코어 인덕터 및 자기 증폭기가 별도의 권선을 통해 DC 전류를 사용하여 인덕터의 임피던스를 제어합니다.제어 권선의 전류를 변경하면 작동 지점이 포화 곡선에서 위아래로 이동하여 인덕터를 통과하는 교류 전류를 제어합니다.이들은 가변 형광등 밸러스트 및 전력 제어 [11]시스템에 사용됩니다.

채도는 플럭스게이트 자기계 및 플럭스게이트 나침반에서도 이용됩니다.

일부 오디오 어플리케이션에서는 오디오 신호에 왜곡을 도입하기 위해 의도적으로 포화 변압기 또는 인덕터가 사용됩니다.자기 채도는 홀수 차수의 고조파를 생성하며, 일반적으로 하위 및 [12]중간 주파수 범위에 3차 및 5차 고조파 왜곡이 발생합니다.

참고 항목

레퍼런스

  1. ^ Steinmetz, Charles (1917). "fig. 42". Theory and Calculation of Electric Circuits. McGraw-Hill.
  2. ^ a b Bozorth, Richard M. (1993) [Reissue of 1951 publication]. Ferromagnetism. AN IEEE Press Classic Reissue. Wiley-IEEE Press. ISBN 0-7803-1032-2.
  3. ^ Bakshi, V.U.; U.A.Bakshi (2009). Basic Electrical Engineering. Technical Publications. pp. 3–31. ISBN 978-81-8431-334-5.
  4. ^ Laughton, M. A.; Warne, D. F., eds. (2003). "8". Electrical Engineer's Reference Book (Sixteenth ed.). Newnes. ISBN 0-7506-4637-3.
  5. ^ Chikazumi, Sōshin (1997). "table 9.2". Physics of Ferromagnetism. Clarendon Press. ISBN 0-19-851776-9.
  6. ^ USA 5126907, 하마카와 요시히로, 다카노 히사시, 고야마 나오키, 모리와키 에이지진, 사사키 시노부, 시이키 가즈오, 1992년 발행.
  7. ^ "Shielding Materials". K+J Magnetics. Retrieved 2013-05-07.
  8. ^ "Mumetal is one of a family of three Nickel-Iron alloys". mumetal.co.uk. Archived from the original on 2013-05-07. Retrieved 2013-05-07.
  9. ^ a b "Magnetic properties of materials" (PDF). unlcms.unl.edu. Retrieved 2016-03-16.
  10. ^ Rod, Elliott (May 2010). "Transformers - The Basics (Section 2)". Beginner's Guide to Transformers. Elliott Sound Products. Archived from the original on 2019-07-21. Retrieved 2011-03-17.
  11. ^ Choudhury, D. Roy (2005). "2.9.1". Modern Control Engineering. Prentice-Hall of India. ISBN 81-203-2196-0.
  12. ^ "The Benefits of Harmonic Distortion (HMX)". Audient Help Desk. Retrieved 2020-07-16.