Войти
Кривые намагничивания 9 f электромагнитные материалы, показывающие насыщенность. 1. Листовая сталь, 2. Кремниевая сталь, 3. Литая сталь, 4. Вольфрамовая сталь, 5., 6. Чугун, 7. Никель, 8. Кобальт, 9. Магнетит Встречается в некоторых магнитных материалах, насыщение - это состояние, достигнутое, когда увеличение приложенного внешнего магнитного поля H не может еще больше увеличить намагниченность материала, поэтому общая плотность магнитного потока B более или менее выравнивается. (Оно продолжает очень медленно увеличиваться с увеличением поля из-за парамагнетизма.) Насыщение является характеристикой ферромагнетика и ферримагнетика материалов, таких как железо, никель, кобальт и их сплавы. Различные ферромагнитные материалы имеют разные уровни насыщения.
Насыщенность наиболее отчетливо видна при намагничивании кривая (также называемая кривой BH или кривой гистерезиса ) вещества как изгиб вправо от кривой (см. график справа). Когда поле H увеличивается, поле B приближается к максимальному значению асимптотически, уровню насыщения для вещества. Технически, выше насыщения, поле B продолжает увеличиваться, но со скоростью парамагнетизма, которая на несколько порядков меньше, чем скорость ферромагнетизма, наблюдаемая ниже насыщения.
Связь между намагничивающим полем H и магнитным полем B также может быть выражена как магнитная проницаемость : 
Различные материалы имеют разные уровни насыщения. Например, сплавы железа с высокой проницаемостью, используемые в трансформаторах, достигают магнитного насыщения при 1,6–2,2 тесла (Тл), тогда как ферриты насыщаются при 0,2–0,5 Тл. Некоторые аморфные сплавы насыщаются при 1,2–1,3 Тл. Mu-металл насыщается при 0,8 Тл.
Из-за насыщения магнитная проницаемость μ f ферромагнетика достигает максимума и затем снижается Ферромагнитные материалы (например, железо) состоят из микроскопических областей, называемых магнитными доменами, которые действуют как крошечные постоянные магниты, которые могут изменять свое направление намагничивания. До того, как к материалу приложено внешнее магнитное поле, магнитные поля доменов ориентированы в случайных направлениях, эффективно компенсируя друг друга, так что суммарное внешнее магнитное поле пренебрежимо мало. Когда к материалу прикладывается внешнее намагничивающее поле H, оно проникает в материал и выравнивает домены, заставляя их крошечные магнитные поля поворачиваться и выравниваться параллельно внешнему полю, складываясь вместе, чтобы создать большое магнитное поле B, которое простирается от материал. Это называется намагничиванием. Чем сильнее внешнее магнитное поле H, тем больше домены выстраиваются, что дает более высокую плотность магнитного потока B. В конце концов, при определенном внешнем магнитном поле доменные стенки сдвинулись настолько далеко, насколько могли, и домены выровнены настолько, насколько это позволяет кристаллическая структура, поэтому при увеличении внешнего магнитного поля выше этого изменения в доменной структуре незначительны. Намагниченность остается почти постоянной и считается насыщенной. Доменная структура при насыщении зависит от температуры.
Насыщение накладывает практический предел на максимальные магнитные поля, достижимые в электромагнитах с ферромагнитным сердечником и трансформаторы около 2 Тл, что ограничивает минимальный размер их сердечников. Это одна из причин, по которой высокомощные двигатели, генераторы и силовые трансформаторы имеют большие размеры; для проведения большого количества магнитного потока, необходимого для выработки высокой мощности, они должны иметь большие магнитные сердечники. В приложениях, в которых вес магнитных сердечников должен быть минимальным, таких как трансформаторы и электродвигатели в самолетах, часто используется сплав с высоким насыщением, такой как Permendur.
В электронных схемах трансформаторы и катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками работают нелинейно, когда ток через них достаточно велик, чтобы заставить материалы сердечника насыщенность. Это означает, что их индуктивность и другие свойства меняются в зависимости от изменения тока возбуждения. В линейных схемах это обычно считается нежелательным отклонением от идеального поведения. Когда применяются сигналы AC , эта нелинейность может вызвать генерацию гармоник и интермодуляционных искажений. Чтобы предотвратить это, уровень сигналов, подаваемых на индукторы с железным сердечником, должен быть ограничен, чтобы они не насыщались. Чтобы снизить его влияние, в некоторых типах сердечников трансформатора создается воздушный зазор. Ток насыщения, ток через обмотку, необходимый для насыщения магнитного сердечника, указывается производителями в спецификациях для многих катушек индуктивности и трансформаторов.
С другой стороны, в некоторых электронных устройствах используется насыщение. Насыщение используется для ограничения тока в трансформаторах с насыщаемым сердечником, используемых в дуговой сварке, и феррорезонансных трансформаторах, которые служат в качестве регуляторов напряжения. Когда первичный ток превышает определенное значение, сердечник перемещается в область насыщения, ограничивая дальнейшее увеличение вторичного тока. В более сложном применении индукторы с насыщаемым сердечником и магнитные усилители используют постоянный ток через отдельную обмотку для управления импедансом катушки индуктивности. Изменение тока в обмотке управления перемещает рабочую точку вверх и вниз на кривой насыщения, контролируя переменный ток через катушку индуктивности. Они используются в регулируемых люминесцентных лампах балластах и системах управления мощностью.
Насыщение также используется в феррозондовых магнитометрах и феррозондовых датчиках. компасы.
В некоторых аудиоприложениях преднамеренно используются насыщаемые трансформаторы или катушки индуктивности для внесения искажений в аудиосигнал. Магнитное насыщение генерирует гармоники нечетного порядка, обычно вносящие третью и пятую гармонические искажения в нижний и средний диапазон частот.
