Дата последнего обновления файла 18.07.2013

Потери в магнитопроводе

Потери в магнитопроводе существенно зависят от частоты воздействующего на него магнитного поля. Поэтому потери в магнитопроводе разделяют на:

  1. статические
  2. динамические

Статические потери — это потери на перемагничивание магнитопровода. Магнитный поток, проходя по сердечнику разворачивает все домены то по направлению магнитного поля, то в противоположном направлении, при этом поле совершает работу: раздвигается кристаллическая решётка, выделяется тепло и магнитный сердечник разогревается. Статические потери пропорциональны площади петли (Sпетли), частоте (fсети) и весу (G) сердечника:

PгSпетли × fсети × G.

Это, так называемые, потери на гистерезис. Чем уже петля, тем меньше потери. При уменьшении толщины ленты возрастает Нс, увеличивается площадь петли и потери на гистерезис возрастают. При увеличении частоты поля уменьшается μа и также возрастают потери.

Динамические потери — это потери на вихревые токи. Петля гистерезиса, снятая на постоянном токе (fc = 0) называется статической петлей. С увеличением частоты fc на этот график начинают оказывать действие вихревые токи.

Ферромагнетик (сталь) — хороший электропроводник, поэтому магнитный поток, проходя по сердечнику наводит в нём токи, которые охватывают каждую магнитную силовую линию. Эти токи создают свои магнитные потоки, направленные навстречу основному магнитному потоку. Результат сложения наведённых токов в толще магнитопровода такой, что суммарный ток как бы вытесняется к краям массивного магнитопровода, как это показано на рисунке 1.

Вихревые токи в ферромагнетике
Рисунок 1. Вихревые токи в ферромагнетике

Между силовыми линиями токи компенсируются и, в результате, ток протекает только по периметру. Сталь имеет малое омическое сопротивление, поэтому ток достигает значений сотен и тысяч ампер, вызывая разогрев магнитопровода. Для уменьшения вихревых токов необходимо увеличить омическое сопротивление, что достигается набором сердечника из изолированных пластин. Чем тоньше пластина (лента), тем выше её сопротивление и меньше вихревые токи. В зависимости от рабочей частоты толщина (Δ) пластин (ленты) различна. В таблице 1 приведена зависимость толщины пластин от частоты сети

Таблица 1. Толщина пластин в зависимости от частоты сети
 
Частота сети fc (Гц) Толщина пластин Δ (мм)
50 ... 60 0,5 ... 0,35
400 0,2 ... 0,1
20000 0,05 ... 0,003

Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату частоты, квадрату толщины и весу сердечника Pвf2 × Δ2 × G. Поэтому на высоких частотах используются очень тонкие материалы. Наименьшими потерями обладают ферриты — порошок ферромагнетика спекаемый при высокой температуре. Каждая крупинка изолирована окислом, поэтому вихревые токи очень малы. Последняя строка таблицы 1 соответствует именно такому варианту изготовления магнитного сердечника.

Общие потери в магнитопроводе (РМАГ) равны сумме статических и динамических потерь:

РМАГ = Рг + Рв.

В справочниках на магнитные материалы потери Рг и Рв не разделяют, а приводят суммарные потери на 1 кг материала — Руд [Bт/кг]. Итоговые потери находят простым умножением удельных потерь на вес сердечника

РМАГ = Руд × G        (2)

Поскольку потери являются многопараметрической величиной, то в справочниках приводятся таблицы или графические зависимости удельных потерь от того или иного параметра. Например, на рисунке 2 показаны зависимости потерь от индукции для стали толщиной Δ = 0,35 мм на частоте f = 50 Гц для разного типа проката.

Зависимость потерь в электротехнической стали от индукции
Рисунок 2. Зависимость потерь в электротехнической стали от индукции

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

     (3)
где α, β = 1,3...2 — эмпирические коэффициенты, которые с достаточной 
                     для практики точностью можно принять равными 2;
    f0, B0 —         режим измерения, для которого приводятся графики 
                     или табличные справочные данные;
    fx, Bx —         режим эксплуатации для которого требуется найти потери.

В таблице 2 приведены примерные удельные потери некоторых ферромагнитных материалов, применяемых в магнитопроводах трансформаторов и катушек индуктивности.

Таблица 2. Удельные потери некоторых ферромагнитных материалов
 
Марка Частота, кГц Руд, Вт/кг Толщина, мкм
3414 0,4 ... 20 22 ± 2 80
50НП 0,4 ... 20 14 ± 2 50
50НП 1 5 20
80НХС 1 1,5 10
79НМ 1 1,5 10
М2000 НМ-А 0,4 ... 100 32 ± 7
М2000 НМ-А 100 ... 1000 13 ± 3
М2000 НМ1-17 0,4 ... 100 63 ± 10
М2000 НМ1-17 100 ... 1000 25 ± 4
М3000 НМА 0,4 ... 200 48 ± 8
М10000 НМ1 0,4 ... 100 5,2 ± 1

Видно, что потери в пермаллое зависят от толщины ленты. Потери в ферритах на высокой частоте меньше, чем на низкой частоте из-за снижения потерь на гистерезис. Обычно вопрос о выборе материала для сердечника решается с позиции наименьших потерь мощности.

Литература:

  1. Алиев И.И. Электротехнический справочник. – 4-е изд. испр. – М.: ИП Радио Софт, 2006. – 384с.
  2. Катушка с ферромагнитным сердечником
  3. Гун Валентина Сергеевна Модуль 4. Магнитные и нелинейные цепи

Вместе со статьей "Потери в магнитопроводе" читают:

Магнитные материалы
http://digteh.ru/BP/MagnitMat/

Основная формула трансформаторной ЭДС
http://digteh.ru/BP/TransfEDS/




Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2017

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс

Поиск по сайту сервисом ГУГЛ

Рейтинг@Mail.ru


Яндекс.Метрика
Rambler's Top100