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 ⁺ / в- В 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:

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 пере- считать 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.