При многократном циклическом изменении напряженности внешнего поля от некоторого значения +Нм до –Нм и обратно функциональная зависимость В = f(Н) примет вид замкнутой петли гистерезиса. При достаточно медленном циклическом изменении напряженности образуется статическая петля (рис. 1.4, а). Ее основные параметры: остаточная индукция +Вr и –Вr, коэрцитивная сила +Нс и –Нс, индукция насыщения +Вs и – Вs. Если в процессе циклического изменения напряженность Нм стремится к Нs, образуется предельная статическая петля. Практически достаточно Нм = (5÷10) Нс, чтобы петля была близка к предельной. Кривизна отдельных участков петли характеризуется дифференциальной магнитной проницательностью:
mд =
.
Рис. 1.4. Статистические петли магнитного гистерезиса
Если при циклических изменениях напряженность внешнего поля не превышает коэрцитивной силы
, то возникают частные петли, симметричные относительно начала координат (рис. 1.4, в). Если индукция в сердечнике имеет постоянную составляющую (
на рис. 1.4, а), обусловленную остаточным намагничиванием, то циклы становятся несимметричными относительно начала координат. Если при этом амплитуда изменения индукции
невелика и носит обратимый характер,
то частные циклы можно заменить прямой линией (а-b на рис. 1.4, а). Соответствующая этой линии магнитная проницаемость называется возвратной или обратимой .
В любом случае симметричные и несимметричные частные петли располагаются внутри предельной.
Для анализа и расчета магнитных элементов часто вместо гистерезисной кривой, или начальной кривой намагничивания, используют среднюю кривую намагничивания, проведенную через середины горизонтальных отрезков, соединяющих восходящую и нисходящую ветви петли гистерезиса (на рис. 1.4, а показана пунктиром). Или основную кривую намагничивания, представляющую собой геометрическое место точек вершин симметричных частных петель гистерезиса (на рис. 1.4, в показана пунктиром).
Существенное влияние на характеристики магнитных сердечников оказывает воздушный зазор. При снижении напряженности внешнего магнитного поля Н до нуля, остаточная индукция будет равна только в замкнутом сердечнике с одинаковым сечением по всей длине магнитной силовой линии. При наличии зазора
(рис. 1.4, б) индукция становится меньше
(точка В1 на рис. 1.4, а).
Действительно, при отсутствии намагничивающего тока I, в соответствии с законом полного тока , сумма намагничивающих сил должна равняться нулю:
,
где – намагничивающая сила сердечника;
– намагничивающая сила воздушного зазора.
Так как в зазоре существует поток с индукцией , то:
.
Подставив в предыдущее выражение, получим:
.
Здесь можно рассматривать как магнитное сопротивление воздушного зазора, приведенное к длине сердечника. Следовательно, внутри сердечника как бы существует напряженность так называемого размагничивающего поля, которая зависит от величины индукции и относительной величины зазора. Отрицательный знак этой напряженности (
) при положительной индукции (
) означает, что состояние материала сердечника определяется участком петли гистерезиса, расположенном во втором квадранте. Но это объяснение формальное, т.к. физически размагничивающего поля нет, а индукция уменьшается в результате возросшего за счет воздушного зазора сопротивления магнитной цепи, т.е. уменьшения магнитной проницаемости всей магнитной цепи с зазором. И если вводить в зазор материал с высокой магнитной проницаемостью или уменьшать зазор, рабочая точка будет перемещаться по частному циклу, близкому к прямой
и определяемому возвратной магнитной проницаемостью. При уменьшении зазора до нуля индукция станет равной
.