Кольцевой трансформатор в магнитном поле

[phys]

Например есть кольцевой трансформатор, типа такого. Две обмотки тороидальные обмотки, одна возбуждения, и одна вторичная с которой снимаю напряжение. Если на обмотку возбуждения подавать синусоидальный ток, то магнитное поле будет локализовано внутри сердечника, при этом в каждой его точке векторы $\overrightarrow{B}$ и $\overrightarrow{H}$ будут направлены по касательной к окружности.
Что будет с напряжением если сердечник поместить в постоянное поле $\overrightarrow{H_p}$, направленное по оси кольца? Вернее, как это повлияет на напряжение во вторичной обмотке?

Смею предположить, что:
- Если поле небольшое, то практически никак, так как напряжение во вторичной обмотке создается величиной $\frac{dB}{dt}S$, где $B$ - та часть вектора индукции, которая перпендикулярна виткам вторичной обмотки. Поле, направленное по оси кольца, во первых не переменное, а во вторых лежит в одной плоскости с витками.
- Если поле большое, можно внешним полем намагнитить сердечник так, что он уйдет в насыщение и трансформатор перестанет работать. Единственное что у меня не укладывается в голове, это непонимание самого процесса насыщения - если сердечник в насыщении в одном направлении, он будет в насыщении в перпендикулярном?

[EUgeneUS]

phys в сообщении #1675451 писал(а):

Например есть кольцевой трансформатор, типа такого
.

Это не "кольцевой трансформатор" (нет таких слов), а трансформатор на тороидальном сердечнике.

phys в сообщении #1675451 писал(а):

Вернее, как это повлияет на напряжение во вторичной обмотке?

Никак. Если сердечник не замагнитится.
А если замагнитится - читайте Бессонова, про нелинейные магнитные цепи.

phys в сообщении #1675451 писал(а):

Смею предположить, что:

типа того.

phys в сообщении #1675451 писал(а):

Единственное что у меня не укладывается в голове, это непонимание самого процесса насыщения - если сердечник в насыщении в одном направлении, он будет в насыщении в перпендикулярном?

Тут важно делать различие - материал сердечника изотропный или анизотропный?
В изотропных материалах $\mathbf{B}$ и $\mathbf{H}$ сонаправлены, а модули этих величин связаны кривой намагниченности.

[realeugene]

EUgeneUS в сообщении #1675456 писал(а):

В изотропных материалах $\mathbf{B}$ и $\mathbf{H}$ сонаправлены.

А вот не факт. Есть же остаточная намагниченность.

[phys]

EUgeneUS в сообщении #1675456 писал(а):

Это не "кольцевой трансформатор" (нет таких слов), а трансформатор на тороидальном сердечнике

Принял, запомню, хорошо что вы поняли :)

EUgeneUS в сообщении #1675456 писал(а):

Тут важно делать различие - материал сердечника изотропный или анизотропный?

Ой, да, это конечно вопрос сложный. Вобще сердечник там витой (из пермаллоя тонкого), пространственно структура анизотропная, свойства магнитные как пить дать тоже. Но для начала хотябы с изотропным разобраться чтобы было качественное понимание (количественное, вприцнипе, не нужно).

realeugene в сообщении #1675487 писал(а):

А вот не факт. Есть же остаточная намагниченность.

Ну это уже next level, пока надо с качественно простой моделью в голове уложить.

Спасибо!

[sergey zhukov]

phys
Если наложить перпендикулярное поле, то пределы работы сердечника по насыщению снижаются. Сначала медленно, потом все быстрее (нарисован диапазон изменения продольной компоненты вектора намагниченности в обоих случаях):


Магнитное насыщение вещества - это когда вектор намагниченности в веществе достигает максимальной длины (независимо от направления). Нет отдельно продольной и поперечной намагниченности. Условие насыщения - $M_x^2+M_y^2=M_{max}^2$

[DimaM]

sergey zhukov в сообщении #1675503 писал(а):

Магнитное насыщение вещества - это когда вектор намагниченности в веществе достигает максимальной длины (независимо от направления). Нет отдельно продольной и поперечной намагниченности.

Если материал изотропный. В анизотропном, как выше уже указали, зависимость от направления будет.

[EUgeneUS]

phys в сообщении #1675492 писал(а):

Вобще сердечник там витой (из пермаллоя тонкого), пространственно структура анизотропная, свойства магнитные как пить дать тоже. Но для начала хотябы с изотропным разобраться чтобы было качественное понимание (количественное, вприцнипе, не нужно).

Витой сердечник вводит анизотропию в проводимость, если так можно сказать - это для снижения потерь на токи Фуко.
Пермаллой или трансформаторную сталь можно считать изотропными материалами в части магнитных свойств, наверное.

Нужно ещё понимать, что, чтобы замагнитить пермаллой или трансформаторную сталь близко к насыщению, нужно довольно таки сильное внешнее магнитное поле.

realeugene в сообщении #1675487 писал(а):

А вот не факт. Есть же остаточная намагниченность.

Замечание справедливое, но для магнитомягких материалов, из которых и делаются сердечники трансформаторов, можно пренебречь, скорее всего.

Кстати, вспомнил, где реально используются\использовались замагниченные постоянным полем сердечники.
В цепях коррекции геометрических искажений в ЭЛТ-мониторах\телевизоров. Там есть одна катушка, к сердечнику которой приклеивался постоянный магнит. Насколько понимаю, это делалось для сдвига характеристики элемента в нелинейную область.

[sergey zhukov]

EUgeneUS в сообщении #1675571 писал(а):

это делалось для сдвига характеристики элемента в нелинейную область.

Это делается (кроме прочего) для расширения возможностей сердечника при работе на импульсном токе (с большой постоянной составляющей). Это например дроссели, работающие в фильтрах постоянного тока. Магнит компенсирует постоянную составляющую тока, не дает ей зря намагничивать сердечник, и сердечник работает только на на переменной составляющей тока. Магнитное поле магнита вычитается из магнитного поля постоянной составляющей.

Схожее применение постоянных магнитов существует в технике для разгрузки подшипников. Кажем, тяжелый вертикальный ротор сильно нагружает своим весом осевой подшипник. Тогда к верхнему торцу ротора (сделанного из магнитного материала) подводят зафиксированный постоянный магнит, который бесконтактно берет на себя основную (статическую) долю веса ротора, а оставшуюся часть берет на себя подшипник. Такой пассивный "почти" магнитный подвес.

[EUgeneUS]

sergey zhukov
Не исключаю и такой использование, где-нибудь. Однако,
1. Для дросселей с большой постоянной составляющей используют сердечники с немагнитным зазором, а не смещение намагниченности постоянным магнитом.
2. В данной схеме этот элемент использовался для коррекции геометрических искажений. Грубо: а) в зависимости от фазы кадровой развертки, размах строчной развертки изменяется по некому сложному закону, и наоборот: б) в зависимости от фазы строчной развертки, корректируется ток в катушках кадровой развертки, тоже по некому сложному закону.

[realeugene]

EUgeneUS в сообщении #1675571 писал(а):

Кстати, вспомнил, где реально используются\использовались замагниченные постоянным полем сердечники.

В СВЧ технике. Ферритовые циркуляторы.

[sergey zhukov]

realeugene
Интересная штука. Никогда о таких не слышал.

[realeugene]

sergey zhukov в сообщении #1675695 писал(а):

Интересная штука. Никогда о таких не слышал.

Интересная. Нарушает теорему взаимности. Точнее, конечно, её условия.

[phys]

В магнесинах используют постоянный магнит (кольцевой, с диаметральной намагниченностью) для намагничивания кольца постоянным полем. Там же на этом кольце есть обмотка возбуждения (с питанием 400 Гц) и трехфазная обмотка статора. Пытаюсь вот разобраться как работает...

[sergey zhukov]

phys
Тоже интересная шткка. Может установить два магнита на одинаковый угол, т.е. это датчик угла, причем индикатором служит тоже механическая стрелка. Да, там все основано на достижении насыщения (вообще на нелинейности намагничивания).

[Theoristos]

phys в сообщении #1675451 писал(а):

Единственное что у меня не укладывается в голове, это непонимание самого процесса насыщения - если сердечник в насыщении в одном направлении, он будет в насыщении в перпендикулярном?

В грубом приближении, вектор магнитного поля будет суммой векторов, создаваемым и тем и тем полем. Так что он будет как-то "болтаться", только не вправо-влево, как при отсутствии намагниченности, а "наклонно". Индуцируемое напряжение зависит от размаха болтанки, длина вектора (грубо!) - от общей величины $H$.

Эффект вполне реален, хотя чаще индуктивностью играются отдельной обмоткой подмагничивания с постоянным током.
Плюс рассматриваемого случая - отсутствие потерь энергии на такое подмагничивание. Минус - могут выплыть неожиданные сложности со всякой нелинейщиной. Вплоть до внезапных проблем с токами Фуко.