Потери в сердечниках, обусловленные вихревыми токами

Нелинейные индуктивные элементы

Под нелинейными индуктивными элементами понимают индуктивные катушки с обмотками, намотанными на замкнутые сердечники из ферромагнитного материала, для которых зависимость магнитного потока в сердечнике от протекающего по обмотке тока нелинейна.

Нелинейные индуктивные катушки подразделяются на управляемые и неуправляемые. На электрических схемах нелинейную индуктивную катушку изображают в виде замкнутого сердечника с обмоткой (рис.35.1) или как показано на рисунке 35.2.

Протекающий по катушке ток создает в сердечнике магнитный поток Ф с индукцией . Кривая подобна основной кривой намагничивания , так как индукция пропорциональна магнитному потоку, а напряженность – току.

При малых токах, т.е. на начальном участке характеристики, магнитный поток растет пропорционально току и индуктивность катушки остается постоянной.

По мере увеличения тока наступает магнитное насыщение, и при значительном увеличении тока магнитный поток изменяется незначительно, то есть знаменатель дроби растет быстрее ее числителя. В результате с ростом тока индуктивность катушки уменьшается, а значит, уменьшается и индуктивное сопротивление

Сердечники нелинейных индуктивных катушек при относительно низких частотах делают обычно двух типов: пакетные и спиральные.

Пакетные сердечники состоят из тонких пластин ферромагнитного материала кольцевой П - или Ш - образной формы.

Спиральные сердечники изготовляют из тонкой ферромагнитной ленты, навитой в виде спирали.

Пластины пакетного и отдельные витки спирального сердечников изолируют друг от друга эмалевым лаком или каким-либо иным изолирующим составом и запекают. Такая изоляция необходима для уменьшения потерь энергии в сердечнике от вихревых токов.

При работе на высоких частотах потери в листовых сердечниках резко возрастают, поэтому сердечники, предназначенные для работы на высоких частотах, выполняют из магнитомягкого феррита.

 

Потери в сердечниках, обусловленные вихревыми токами

 

При протекании по обмотке катушки с ферромагнитным сердечником переменного тока в последнем возбуждается переменный магнитный поток. Под действием этого потока в листах сердечника возникают вихревые токи, приводящие к нагреву сердечника.

Рассмотрим один лист такого сердечника. Пусть магнитный поток Ф направлен вдоль листа (рис.35.3). В плоскости, перпендикулярной магнитному потоку, будет индуктироваться ЭДС, которая вызовет в сердечнике вихревой ток. Вихревые токи, возникающие в листе, создают собственный магнитный поток, который согласно принципу электромагнитной инерции будет направлен встречно по отношению к потоку, вызывающему вихревые токи.

При этом активная мощность, рассеиваемая в листе, пропорциональна квадрату наведенной в листе ЭДС и обратно пропорциональна сопротивлению контура, по которому течет вихревой ток:

.

(35.1)

ЭДС, наводимые в листе, при заданной ширине лиса b, пропорциональны его толщине a, амплитудному значению магнитной индукции B_m и частоте f, т.е.

(35.2)

В свою очередь, сопротивление контура пропорционально его периметру и удельному сопротивлению материала сердечника γ. При b >> a периметр в основном определяется шириной листа и не зависит от его толщины. Отсюда

(35.3)

Из последнего выражения видно, что уменьшить потери энергии в листовых сердечниках можно двумя способами:

1) изготовлением сердечников из тонких, изолированных друг от друга листов;

2) добавлением в ферромагнитный материал примесей, увеличивающих его удельное сопротивление.