2. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА МАГНИТОПРОВОДОВ ДРОССЕЛЕЙ. ВЫБОР ФЕРРОМАГНЕТИКА

Физическим процессам в ферромагнетиках и рассмотрению их свойств посвящена обширная литература [4, 14, 61, 68 и др.], поэтому ниже рассмотрены лишь магнитные свойства специфических магнитопроводов дросселей, в частности с немагнитным зазором. В этой же главе даны и рекомендации по выбору ферромагнетика для сердечников дросселей переменного тока.

2.1. Свойства магнитопроводов дросселей

Магнитные свойства магнитопроводов неуправляемых дросселей переменного тока зависят от многих факторов. Прежде всего они зависят от свойств материала, из которого изготовлен сердечник; существенное влияние на свойства оказывает наличие в магнитопроводе немагнитного зазора. Магнитные свойства зависят также от величины и формы кривой напряжения, приложенного к зажимам обмотки дросселя, от частоты тока, температуры сердечника, от геометрических размеров и формы магнитопровода и пр.

Говоря о магнитных свойствах сердечника, следует прежде всего иметь в виду его способность перемагничиваться под действием переменного тока, протекающего по обмотке дросселя. При этом, как это принято, магнитные свойства сердечника можно характеризовать двумя видами кривых. Первый вид представляет собой кривые , а второй — кривые удельных потерь Эти характеристики могут быть получены опытным путем для определенного магнитопровода и при определенных условиях: частоте тока, форме кривой напряжения или магнитной индукции, температуре и пр.

(см. скан)

Рис. 2.1. Магнитные характеристики сердечников: а - кривые намагничивания; б — кривые удельных потерь; 1 — кривые для тороидального магннтопровода из стали ЭЗЗО толщиной 0,35 мм при частоте 60 гц; 2 — же толщиной 0,15 мм при частоте 400; 3 — кривые для броневого и стержневого магнитопроводов из стали толщиной 0,35 мм при частоте ; 4 — то же толщиной 0,15 мм при частоте намагничивания для тороидального магннтопровода из феррита 4000 НМ при .

При снятии опытных кривых за напряженность переменного магнитного поля принимают, как это указано в [46, 61], напряженность, определяемую по среднеквадратичному значению тока, протекающего по обмотке, а за расчетную магнитную индукцию в сердечнике — среднюю по поперечному сечению, определяемую по величине э. д. с., наводимой в обмотке.

Рис. 2.2. Базисные величины: а — кривой намагничивания; б — кривой удельных потерь.

Измерения обычно проводят при синусоидальном напряжении. Магнитную индукцию при этом характеризуют максимальным значением, поскольку эта величина наилучшим образом отражает насыщение ферромагнетика.

Характерные для ферромагнетиков кривые намагничивания (магнитности) сердечников и кривые удельных потерь приведены на рис. 2.1.

Количественно основную кривую намагничивания можно характеризовать параметрами и (рис. 2.2). За величину удобно принимать значения, оговоренные ГОСТ на электротехнические стали: или . За величину рекомендуем принимать величину магнитной индукции при одном из указанных базисных значений напряженности поля.

Кривую намагничивания принято характеризовать также и значениями абсолютной магнитной проницаемости:

Зависимость абсолютной магнитной проницаемости от магнитной индукции приведена на рис. 2.2,а. Следует различать начальную и максимальную магнитные проницаемости. Они определяются выражениями

где k — масштабный коэффициент; — углы наклона касательных к магнитной характеристике сердечника.

Конкретно величину будем определять при величине

Заметим, что базисные параметры кривой намагничивания и значения в какой-то мере отражают характер нелинейности магнитной характеристики сердечника.

Магнитопровод дросселя можно характеризовать и расчетной плотностью магнитной энергии

Количественно кривую удельных потерь характеризуют величиной удельных потерь в сердечнике дросселя при определенной оговоренной частоте, например или , и значении магнитной индукции

Наиболее сильное влияние на магнитные характеристики дросселя переменного тока оказывает величина немагнитного зазора в магнитопроводе.

Характерные зависимости где — коэффициент, равный отношению длины немагнитного зазора к длине средней магнитной линии сердечника, приведены на рис. . В этих семействах кривая полученная при представляет собой важную магнитную характеристику сердечника, снятую на переменном токе.

В целом все кривые представляют собой зависимость максимального значения магнитной индукции в сердечнике от среднеквадратичного значения напряженности поля Н при различных величинах коэффициента немагнитного зазора.

Рис. 2.3. Семейства кривых намагничивания броневого ленточного магнитопровода из стали : а — зависимость при частоте 50 гц и толщине ленты 0,35 мм; б — то же при частоте 400 гц и толщине лепты 0,15 мм.

Следует заметить, что для проведения полного расчета дросселя и для анализа его режима работы вполне достаточно иметь опытные магнитные характеристики лишь самого сердечника, т. е. магнитопровода без зазора.

Однако при возможности снятия зависимостей несколько упрощается расчет дросселя, и поэтому нами приводится не одна кривая а семейство кривых полученных при разных значениях коэффициента зазора.

Рис. 2.4. Семейства кривых намагничивания стержневого дросселя с ленточным магнитоироводом из стали : а — зависимость при частоте 50 гц и толщине ленты 0.35 мм; б — то же при частоте и толщине леиты 0,15 мм.

Отметим, что потери в сердечнике при фиксированном значении величины практически не зависят от длины зазора.

Некоторая зависимость от длины зазора происходит из-за отклонения формы кривой магнитной индукции от синусоидальной вследствие влияния активного сопротивления и индуктивности рассеяния обмотки дросселя.

Существенное влияние на магнитные свойства оказывает также частота тока.

Рис. 2.5. Семейства кривых намагничивания тороидального дросселя с ленточным магнитопроводом из стали ЭЗЗО: а — зависимость при частоте 50 гц и толщине леиты 0,35 мм; б — то же при частоте 400 гц и толщине леиты 0,15 мм.

Зависимости полученные при различных значениях частоты, уже приведены на рис. 2.3 и 2.5. Как видим, с увеличением частоты кривая намагничивания располагается ниже, чем кривая намагничивания, снятая при более низких частотах.

Магнитные свойства ухудшаются из-за роста потерь и увеличения «вытеснения» магнитного потока на наружную поверхность листов с увеличением частоты; ухудшение при этом меньше у ферромагнетиков с высоким удельным электрическим сопротивлением. Неравномерность распределения магнитного потока по поперечному сечению сердечника зависит от конфигурации сердечника и от толщины листа. Укажем, что уменьшение толщины листа не всегда приводит к уменьшению полных магнитных потерь, так как оно может сопровождаться ухудшением статических магнитных свойств сердечника. Магнитные свойства ухудшаются и с увеличением температуры [2, 61].

Тип дросселя существенно влияет на магнитные свойства магнитопровода, и, строго говоря, для каждого типа магнитопровода должны быть получены свои магнитные характеристики. При наличии немагнитного зазора в магнитопроводе магнитные характеристики броневого дросселя отличаются от магнитных характеристик стержневого дросселя. Интересно отметить, что магнитные характеристики снятые при для броневого и стержневого магнитопроводов практически одинаковы:

Различие этих кривых при объясняется, следовательно, только влиянием зазора. В дальнейшем в § 3.2 будет показано, что это различие объясняется разной величиной коэффициента уширения Для стержневого дросселя , а для броневого .

Некоторое влияние на ход магнитных характеристик оказывает и размер магнитопровода, причем даже тогда, когда магнитопроводы геометрически строго подобны. Различие магнитных характеристик объясняется разным сопротивлением обмоток дросселей.

Можно сделать вывод, что магнитные характеристики сердечников лучше всего снимать у образцов, близких по величине к рассчитываемым. Можно, однако, рекомендовать и другой способ — снимать магнитные характеристики на самом большом из стандартных магнитопроводов и пользоваться ими при расчете магнитопроводов всех других меньших типоразмеров, но с непременным учетом при расчетах сопротивления обмотки проектируемого дросселя.

Магнитные свойства магнитопровода дросселя существенно зависят и от электрического режима цепи, в которую включен дроссель. Они зависят также от формы кривой напряжения, приложенного к обмотке дросселя. Зависимость машитньгх свойств от режима работы дросселя представляет значительный интерес и рассматривается в других главах.