Потери в магнитопроводе

Потери в магнитопроводе разделяют на статические и динамические.

Статические потери — это потери на перемагничивание — магнитный поток, проходя по сердечнику разворачивает все домены то в одном, то в другом направлении, при этом поле совершает работу, раздвигается кристаллическая решетка, выделяется тепло и сердечник разогревается. Эти потери пропорциональны площади петли ($этц), частоте сети (f_c) и весу (G) сердечника:

Эго так называемые потери на гистерезис. Чем уже петля, тем меньше потери. При уменьшении толщины ленты возрастает Но увеличивается площадь петли и потери на гистерезис возрастают. При повышении частоты поля уменьшается щ и также растут потери.

Динамические потери — это потери на вихревые токи. Петля гистерезиса, снятая на постоянном токе (f_c = 0) — статическая петля. С увеличением частоты f_c начинает сказываться действие вихревых токов.

Ферромагнетик (сталь) — хороший электропроводник, поэтому магнитный поток, проходя по сердечнику, навалит в нем токи, которые охватывают каждую магнитную ситовую линию. Эти токи создают свои магнитные потоки, напраатенные навстречу основному магнитному потоку. Результат сложения наведенных токов в толще мапштопровода такой, что суммарный ток как бы вытесняется к краям массивного мапштопровода (рис. 2.6, а), где ситовые лишит поля входят в сечсштс. Мсжлу силовыми линиями токи компенсируются.

Рис. 2.6. Вихревые токи в ферромагнетике.

и в результате ток протекает татько по периметру. Сталь имеет малое омическое сопротивление, поэтому ток достигает значений сотен и тысяч ампер, вызывая разогрев мал штоп}Х)вода. Для уменьшения вихревых токов необходимо увеличить омическое сопротивление, что достигается набором сердечника из изолированных пластин. Чем тоньше пластина (лента), тем выше ее сопротивленив и меньше вихревые токи. В зависимости от рабочей частоты применяют различную толщину (А) пластин (ленты). Так, при частите /_с ~ 50 … 60 Гц толщина, А = 0,5 … 0,35 мм; f_c ~ 400 Гц — А = 0,2 … 0,1 мм; /_с ~ 20 кГц — А = 50 … 3 мк (0,05 … 0,003 мм).

Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату частоты, квадрату толщины и весу сердечника:

Поэтому на высоких частотах используются очень тонкие материалы. Наименьшими потерями обладают ферриты. В mix каждая крупинка ферромагнетика изолирована окислом, поэтому вихревые токи очень малы. Общие потери в магшпопроводе (Лиг) равны сумме статических и динамических потерь: Р_уихг = =Р_Г ⁺ / вВ справочниках на магнитные материалы потери Р_т и Р_в не разделяют, а приводят суммарные потери на 1 кг материала — Руд [Вт/кг]. Итоговые потери находят простым умножением удельных потерь на вес сердечника:

aside class="viderzhka__img" itemscope itemtype="http://schema.org/ImageObject">

Рис. 2.7. Зависимость потерь от индукции

Поскольку потери являются многопараметрической величиной, в справочниках приводятся таблицы или графические зависимости удельных потерь от того или иного параметра. Например, па рис. 2.7 показаны зависимости потерь от индукции для стали толщиной, А = 0,35 мм на частоте /= 50 Гц для разного типа проката.

Для других частот такие зависимости будут иными. Если режим эксплуатации магнитопровода нс соответствует режиму измерения потерь, то потери можно пересчитать на требуемый режим по эмпирической, но вполне пригодной формуле.

где о, Р = 1,3…2 — эмпирические коэффициенты, которые с достаточной для практики точностью можно принять равными 2;

/о, Bq — режим измерения, для которого приводятся графики (или табличные справочные данные);

/_у, В_х — режим эксплуатации, для которого требуется определить потери.

В табл. 2.2 приведены примерные удельные потери некоторых ферромагнитных материалов.

Таблица 2.2

Удельные потери ферромагнетиков

Видно, что потери в пермаллое зависят от толщины ленты. Потери в ферритах на высокой частоте меньше, чем на низкой частоте, из-за снижения потерь па гистерезис.

Обычно вопрос о выборе материала для сердечника решается с позиции наименьших потерь мощности.