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Étude des ferrites mixtes de manganèse dans les champs
alternatifs faibles
Charles Guillaud
To cite this version:
ÉTUDE
DES FERRITES MIXTES DEMANGANÈSE
DANS LES CHAMPS ALTERNATIFS FAIBLES Par CHARLES GUILLAUD.Sommaire. - Nous donnons les
propriétés magnétiques d’un ferrite mixte de manganèse dans les champs faibles sinusoïdaux, jusqu’à des fréquences de 40 Mc: s et dans un grand intervalle de tempé-rature (2014196°C, + 150° C). Nous nous sommes particulièrement attachés à définir les différentes
pertes, ce qui permettra de comparer la valeur d’utilisation de ce matériau à celle des alliages à base de fer-nickel.
LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM.
1~,
19~~1, 498.Des études
importantes
ontdéjà
étéentreprises
sur les
ferrites,
notamment par MM.Snoek, verwey,
Gorter,
Polder des LaboratoiresPhillips.
Nous donnerons ici les résultats relatifs à un des meilleursmatériaux que nous sachions
préparer;
lafigure
iprécise
les détails de la formeemployée.
Fig. 1.
h = 0,5~ cm; e = 0,68 cm; D = 2,91 cm;
1 =
6,g8 cm = longueur de la ligne de force moyenne.
Notations : Nous
désignons
par : L l’inductance de laself;
N le nombre de tours de
l’enroulement;
li. la
perméabilité
initiale;
f
lafréquence
enpériodes par
seconde;
h le coefficient de
pertes
hystérétiques, exprimé
en ohms par
henry
à 800 p : s pour i At : cm;t le coefrlcient de
traînage exprimé
en ohms parhenry
à 800 p : s;F,, le coefficient de
pertes
par courants de Foucaultexprimé
en ohms parhenry
à 800 p : s.Dans ce cas, la résistance de
pertes
est donnée par la formule de Jordan1 étant la
longueur
du circuit en centimètres.D’autrés auteurs
emploient
soit la formule enunités M. K. S.
où 1 est la
longueur
du circuitmagnétique
enmètres,
soit la formule de
Legg
où est le
champ
de crête en oersteds dans lematériau
magnétique.
Les relations
qui
existent entre les différents coefficientsF,,, h,
t;hk,
e, a et c sont données par le tableau suivant [2] :_
TABLEAU 1.
Etude d’un tore sans entrefer. - MESURES
A TEMPÉRATURE ORDINAIRE
(2oo
C).
-D’après
les définitions des coefficients donnéesprécédemment,
Fig. 2.
nous pouvons écrire que la résistance de
pertes
estégale
à-- .. ~ "
499
ae
représentant
lechamp
auquel
est soumis l’échan-tillon.Le coefficient h étant une constante, la courbe
Rp
= g(~~~)
àfréquence
fixe doit être unedroite. La
figure 5,
vérifie bien cette relation. On déduit de ces résultats.La variation de l’inductance en fonction du
cou-rant étant linéaire
(fig.
3) apporte
une preuvesupplémentaire
de la validité des lois deRayleigh.
Fig. 3.
. On constate de
plus
que lescycles d’hystérésis
sont des
cycles
deRayleigh
tant que l’induction maximum nedépasse
pas 65o gauss =o,65
Oe).
(La
constanted’hystérésis
déduite de la mesurede l’aire des
cycles
est bienégale
à la constanted’hystérésis
découlant des mesures en courant alternatif à 10 pour 10oprès).
Fig.4.
Les coefficients de
pertes
Foucault et depertes
partraînage
déterminés par des mesures en hautefréquence
(40
à 5ookc)
sontrespectivement :
Les valeurs de ces
pertes
permettent
d’utilescomparaisons
avec lesalliages employés
dans les mêmes domaines d’utilisation.Nous donnons
figure 4
la valeur detg8
en fonctionu
de la
fréquence jusqu’à
5oo kc.>
ÉTUDES
EN FONCTION DE LA TEMPÉRATURE.-a. Variations de la
perméabilité.
- Laperméabilité
du ferrite varie considérablement avec la
tempé-rature. Elle
augmente
continuellementjusqu’au
voisinage
dupoint
de Curie situégénéralement
aux environs de 150° C.
Fig. 5.
La
figure 5 représente 03BC
= g(T)
depuis
latem-pérature
de l’azoteliquide jusqu’au
point
de Curie.b. Variation du
coefficient
d’hystérésis.
- Lesvariations de
l’hystérésis
avec latempérature
ont été étudiées entre -I g6°
C et + ioo° C.6.
D’une manière
générale,
nous avonstoujours
trouvé sur les tores
présentant
un coefficientsd’hys-térésis inférieur à 3 ooo à la
température
ordinairedes
propriétés analogues :
la courbe h = g(T)
a une allure trèssimple (fig.
6);
elle passe par unminimum au
voisinage
de latempérature
ordinaire et se relève aux bassestempératures
ainsiqu’au
voisinage
de 100~ C.Chaque
point expérimental
de la courbe 6 a étédéterminé en
traçant
la courbeRp
= g(1)
à bassefréquence
(3
ooo p :s).
Onpeut
vérifier sur la courbe 7que la loi de
Rayleigh
continue à être valable à cette bassetempérature.
Fig. 7.
c. Variation des
coefficients
Filet t. - Les mesuresont été faites entre -
196°
C et + 1000 C. Les résultats(fig. 8)
montrent que lespoints
sontdis-40 R
102-Lf
30 20 100°C -196°C 10 - j8ls 20°C z 0° 0 . 0 100 200 500 400 5WKc/s
posés
sur une droite tant que latempérature
estsupérieure
à celle de l’azoteliquide.
Les variationsFig. 9.
de F,, et de 1 en fonction de la
température
sont données par les courbes de lafigure
g.A la
température
de l’azoteliquide,
lesphéno
mènes sont très différents
( fi g.
8);
lacourbe
prend
une allurehyperbolique
et les coefflcients F,,et 1
perdent
toutesignification;
d’ailleurs à cesbasses
températures,
la résistivité est trèsgrande
(o
1014)
et les courants de Foucault sontnégli-geables,
d’autantplus
que laperméabilité
du matériau a considérablement diminué. D’autrepart,
le courant de mesure étant suffisamment faible pour que les
pertes
hystérétiques
n’interviennent pas, il s’ensuit que lespertes
du noyau doivent être attribuées en totalité auxpertes
partraînage.
Etude d’un tore avec entrefer. - Nous allons
étudier maintenant un deuxième tore
préalablement
fendu,
formé d’un matériau dont la constanted’hys-térésis est de l’ordre de 2 ooo.
Dès que l’entrefer atteint
quelques
dixièmes de millimètre lespertes
deviennent extrêmement faibles et les mesures sont alors très délicates.Le Tableau II donne les valeurs des différents coefficients en fonction de l’entrefer.
’
TABLEAU II.
Fig. Io.
Si nous
traçons
les courbesnous devons obtenir des droites. Nous voyons que les
proportionnalités
ne sont pasrepectées
avec une très
grande précision;
mais étant donnéles difficultés considérables que l’on rencontre en
mesurant des
quantités
aussifaibles,
nous pouvons501
R,
Nous donnons
figure
12 la courbe2013’-==
g (fi
rela-tive à un entrefer de80/100;
nous remarqueronsque les
points expérimentaux
seplacent
sur unedroite et que, par
conséquent,
la méthodeclassique
de Jordan est
parfaitement
applicable
dans ledomaine de
fréquences
utilisé.Etude des ferrites
jusqu’à
30 Me(Tores
sansentrefer) [3].
- Nous donnons ici à titre indicatifdeux courbes
qui représentent
dans leplan complexe
le lieu de l’extrémité du vecteurimpédance
d’une self bobinée sur des tores de ferrite sans entrefer.La courbe 13 se
rapporte
à un ferrite dequalité
moyenneprésentant
unhystérésis
de 3 000. OnFig. 1 1. Fi 2
Fig. I 3, - Carcasse en
styroflex 2 mm d’épaisseur moyenne; 100 spires émail soie. li. = 995.
remarquera que dans ce cas, les
points correspondant
à des mesures effectuées avec un courant continusuperposé
de 1 o mA sont nettement différents despoints
obtenus en courant alternatif faible.La courbe 14
représente
de la même manière lespropriétés
d’uneself
bobinée sur un noyau de ferrite de très bonnequalité.
Lespoints
corres-pondant
à un courant continusuperposé
de 1 o mAne se
distinguent
pas des autres. La courbe estincomplète,
lagrandeur
à mesurer(impédance)
prend
une telle valeurqu’il
estimpossible
de la déterminer à l’aide d’unpoint
H. F. et montre bienl’excellence de ce
matériau jusqu’à 4o Mc;
les mesuresn’ont pas été faites à des
fréquences supérieures.
Variations de laperméabilité
avec lafré-quence. -- Il est
possible
de déterminer l’inductanceen H. F. par une méthode de résonance avec une
très bonne
précision
à condition de tenircompte
de lacapacité répartie
dubobinage
que nousdési-gnons par C’.
d’où
Si nous admettons
l’existence,
en fonction de lafréquence,
d’unecapacité répartie
constante auxbornes d’une inductance
également
constante,
laFig. 14.
courbe
C = g(1)
. doit être une droite dontl’or-f2
donnée à
l’origine
est C’.L’expérience
vérifie cettehypothèse
avecbeaucoup
deprécision ( f g. ~ 5).
La
capacité
C’ étant ainsidéterminée,
onpeut
alors facilement calculer L par lafor-Fig. 15.
_
mule
déj à
à citéeprécédemment;
on trouve alors pour L une valeur constante pour
chaque
série de mesures; ces valeurs sont en accordavec celles déduites de mesures à i ooo p : s.
Les mesures faites sur différentes bobines avec
ou sans entrefer
jusqu’à
2 Mc environ nousayant
toujours
donné des résultatsidentiques
à ceux que nous obtenions soit par les mesures à 100o p : s, soitpar une méthode
balistique,
nous pouvons admettreque la
perméabilité
du matériau est constantejusqu’à quelques mégacycles;
les écarts observésFig. 16.
entre les différentes mesures ne
dépassent
pas5 pour 1000.
Variations de F,, avec le
champ [4].
- Noussavons que les courants de Foucault
dépendent
de laperméabilité
du matériau et de sarésistivité,
grandeurs
qui
varient avec lechamp. L’expérience
montre que
Fn
est une fonction linéaire duchamp
‘10om0e).
,Autres résultats. - Pour
compléter
cette étudenous donnons
figure
16, leT
[5]
]
et lamagnétostriction
à latempérature
ordinaire[6]
fige
17. Nousaj outerons
enfin la constantediélectrique
qui
est de l’ordre de75 ooo
avectgô
de l’ordre de 3.Fig. 18..
L’emploi
depots permet
la réalisation de bobinesprésentant
un coefficient de surtension très élevé.Par
exemple
une self de imH, environ,
donne uu503
dans la gamme de
fréquence
120-200 kc. L’entrefer étant tel que laperméabilité
apparente
soit voisine de 200.(1)
Les
propriétés
de ces ferritespermettent
deprévoir
desapplications
intéressantes,
il ne fautcependant
pas en attendre la résolution de tous lesproblèmes
queposent
lestechniques
en basse ethaute
fréquence,
lespertes
parhystérésis
et partraînage
étanttrop
élevées dans certains cas.(t) Les coefticients de pertes du ferrite donnant de telles valeurs de q sont : h = fioo, t = r 3, F,, o,o3
BIBLIOGRAPHIE.
[1] Ch. GUILLAUD et A. BARBEZAT.2014 J. Recherches du C.N.R.S. 1950, n° 11, et résultats non publiés.
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[3] P. M. PRACHE. 2014 Résultats non encore publiés.
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[5] Ch. GUILLAUD et R. BERTRAND.2014 J. Recherches C.N.R-S., 1950, n° 11.
[6] Ch. GUILLAUD et R. VAUTIER. 2014 Résultats non encore