Потери в сердечниках из ферромагнитного материала при периодическом перемагничивании

Т5. Магнитные цепи переменного потока.

Магнитные цепи машин переменного тока, трансформаторов работают в режиме периодического перемагничивания, т.е. при переменном магнитном по­токе ф (t). При периодическом перемагничивании ферромагнитных сердечников в них происходят потери энергии, которые выделяются в виде тепла. Эти по­тери условно можно разделить на два вида: а) потери на гистерезис р_г и б) по­тери на вихревые токи р_в.

Потери на гистерезис обусловлены явлением гистерезиса. Они пропор­циональны площади статической петли гистерезиса и частоте перемагничива­ния:

[Вт/кг],

где к_г ― коэффициент потерь, зависящий от сорта материала, B_m - амплитуда индукции магнитного поля, n = 1,6 ¸ 2 – показатель степени, в практических расчетах принимается равным 2.

Для уменьшения потерь на гистерезис сердечники машин и трансформа­торов изготавливают из специальных магнитомягких материалов, так называе­мых электротехнических сталей, которые имеют узкую петлю гистерезиса.

Переменный магнитный поток ф (t) наводит ЭДС не только в витках об­мо­ток, расположенных на сердечнике, но и в самом сердечнике. Под действием этой ЭДС внутри сердечника возникают так называемые вихревые токи, кото­рые вызывают дополнительные потери энергии. Так как ЭДС пропорциональна частоте перемагничивания f и амплитуде индукции B_m, а мощность потерь про­порциональна квадрату ЭДС, то из этого следует вывод, что потери на вихревые токи пропорциональны f ² и B_m²:

[Вт/кг],

где ― коэффициент потерь, зависящий от сорта материала.

С целью уменьшения потерь на вихревые токи ферромагнитные сердеч­ники изготавливают не сплошными, а набирают из тонких стальных листов, изолированных друг от друга. Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату толщины листа (d²). Чем тоньше лист, тем меньше потери на вихре­вые токи в сердечнике, но при этом сам сердечник дороже становиться дороже. Оп­тимальная толщина листа на промышленной частоте Гц составляет 0,3―0,4 мм.

В справочной литературе для разных типов ферромагнитных материалов приводятся суммарные удельные потери , отнесенные к конкрет­ным параметрам режима. Например, Вт/кг означает, что потери со­ответст­вуют амплитуде индукции B_m =1,0 Тл при частоте Гц. Учитывая квадра­тичную зависимость потерь от амплитуды индукции, то их можно оп­реде­лить для любого значения B_m, например B_m= 1,5 Тл:

[Вт/кг].

Для определения отдельных составляющих потерь в сердечнике р_г и р_в необходимо выполнить измерение или расчет суммарных потерь на двух раз­личных частотах и при одинаковой амплитуде индукции B_m, и с учетом их различной зависимости от частоты() разделить эти потери на со­ставляющие.

В справочной литературе для разных типов ферромагнитных материалов приводится так же удельная намагничивающая (реактивная) мощность (B_m). Эта зависимость носит сложный характер, поэтому приводится в виде гра­фической диаграммы или в виде таблицы координат точек (рис. 53):