Читайте также:
|
Известно, что при относительно быстром воздействии на ферромагнетик магнитным полем фиксированной напряженности Н, значение намагниченности J, а значит, и индукция В, обусловленные этим полем, достигают своих расчетных значений с некоторым запаздыванием. Такое явление называется магнитной вязкостью. Магнитная вязкость является одним из факторов, вызывающим необратимые потери энергии (и, следовательно, разогрев, материала) в ферромагнитном теле; эти потери называются потерями на магнитную вязкость или остаточными потерями.
Процесс перемагничивания магнитных материалов в переменном магнитном поле также связан с тепловыми потерями части энергии магнитного поля. Потери энергии в форме тепла характеризуются удельными магнитными потерями Р уд. По механизму возникновения различают потери на гистерезис и динамические потери.
Потери на гистерезис связаны с явлением магнитного гистерезиса и с необратимым перемещением границ доменов. Эти потери пропорциональны площади петли гистерезиса и величине частоты переменного поля. Удельная мощность потерь Р г, расходуемая на гистерезис, определяется:
Р г = h f B мах n, (8.43)
где h - коэффициент, зависящий от свойств материала; B мах - максимальная индукция в течение цикла; n - показатель степени (n = 1,6 - 2,0); f - частота изменения магнитного поля.
Динамические потери вызываются вихревыми токами и потерями на магнитную вязкость.
Динамические потери, обусловленные потерями на магнитную вязкость, связаны с отставанием магнитной индукции от изменения напряженности магнитного поля.
Потери на вихревые токи вызываются токами, которые индуцируются в магнитном материале за счет изменяющегося магнитного потока: за счет явления электромагнитной индукции, возникает ЭДС. В материале возникают круговые (циркулярные) токи (токи Фуко). Т.к. ферромагнетики типа стали или нихрома являются проводящими материалами, то значительные токи Фуко приводят к разогреву материала (иногда до сотен градусов Цельсия). Уменьшение электрического сопротивления материала магнетика приводит к возрастанию потерь, и, следовательно, к большему разогреву материала.
Удельная мощность потерь на вихревые токи выражается следующим образом
P (f) = b f B мах2, (8.44)
где b - коэффициент, зависящий от типа материала и его формы.
Первоочередной задачей для уменьшения потерь за счет токов Фуко является увеличение удельного сопротивления материала, но это не всегда возможно, например, все сорта стали обладают близкими значениями удельного электрического сопротивления.
Чтобы уменьшить действие вихревых токов и снизить потери на перемагничивание ферромагнетиков, магнитопровод делают не цельным, а собирают его (шихтуют) из изолированных друг от друга тонких листов стали, плоскости которых располагают параллельно магнитным силовым линиям. В подобной конструкции, во-первых, каждый лист изолирован друг от друга, т.е. сопротивление между ними достаточно велико, и токи Фуко существенно уменьшаются. Во-вторых, за счет правильного выбора ориентации листа стали относительно линий магнитной индукции, в каждом листе сердечника изменяется небольшая часть потока, поэтому ЭДС, индуктируемая в контуре листа, и вихревые токи в нем становятся меньше.
Наконец, величина вихревых токов в листе снижается, потому что пути тока в листе удлиняется, а сечение листа – уменьшается.
Снижения величины вихревых токов добиваются увеличением удельного электрического сопротивления сталей путем введения присадки (примеси) кремния. Наиболее сильно величина вихревых токов уменьшается в магнитодиэлектрических и ферритовых сердечниках, имеющих высокие электрические сопротивления.
К дополнительным потерямотносят все потери, отличные от потерь на вихревые токи и гистерезис; они могутбыть обусловлены такими явлениями как магнитная вязкость, резонанс смещения магнитных стенок, резонанс, вызванный анизотропностью и вращением вектора намагниченности и т. п.
Все эти потери представляют собой диссипацию энергии - необратимые потери энергии, рассеиваемой в виде тепла в ферромагнитных материалах. В переменном магнитном поле они определяют дополнительную нагрузку на источник питания электрической цепи. Например, введение магнитного материала (магнитопровода) в обмотку (катушку, соленоид, тороид и т.п.) эквивалентно увеличению электрического сопротивления цепи постоянного тока.
Мощность магнитных потерь (или, просто, магнитные потери) в магнитопроводе P а (Вт) определяет эквивалентное сопротивление Ri:
Ri = P a/ I 2, Ом, (8.44)
где I - действующее значение силы тока в цепи, А.
На рис. 8.6 приведены условная электрическая (а) и эквивалентная схема замещения (б), а также векторная диаграмма (в) токов и напряжений.
Тангенс угла магнитных потерь tgdм в магнитном материале определяется как отношение активной мощности P a (Вт), рассеиваемой в виде тепловых потерь, к реактивной мощности QL (ВАр), не создающей активных потерь, и вычисляется следующим образом:
tgdм = PR / OL = IUR / IUL = UR / UL = IR / I w L = (R г + R в + R д)/w L, (8.46)
где R г, R в, R д - эквивалентные сопротивления, обусловленные соответственно, гистерезисом, вихревыми и дополнительными потерями.
а) б) в)
Рис. 8.6. Схема (а), схема замещения (б), векторная диаграмма (в) цепи с магнетиком
Дата добавления: 2015-07-17; просмотров: 240 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Магнитострикция | | | Свойства отдельных ферромагнетиков |