Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Материалы для подготовки к экзамену по электротехнике.doc
Скачиваний:
880
Добавлен:
20.05.2014
Размер:
2.51 Mб
Скачать

Особенности поведения ферромагнитных материалов в переменном магнитном поле

В большинстве электротехнических установок ферромагнитные материалы (ФММ) работают в переменных магнитных полях и при этом подвергаются периодическому (циклическому) перемагничиванию.

Явление гистерезиса

При помещении образца ферромагнитного материала в переменное магнитное поле происходит циклическое перемагничивание ФММ, которое сопровождается периодической переориентацией магнитных полей доменов и частичным разрушением доменной структуры ферромагнетика. При этом вследствие запаздывания (инерцией) структурных изменений в образце ФММ изменение магнитной индукции В также будет запаздывать от изменения напряженности внешнего магнитного поля Н.

Явление запаздывания изменений магнитной индукции В от изменений напряженности магнитного поля Н называется магнитным гистерезисом.

Явление гистерезиса объясняется инерцией изменений ориентации магнитных полей и структуры доменов ферромагнитных материалов.

Полученный график показывает, что зависимость намагниченности ферромагнитного материала (магнитная индукция) зависит не только от величины напряженности внешнего магнитного поля, но и от предшествующего магнитного состояния материала, которое определяется гистерезисными свойствами ферромагнетика.

Замкнутая кривая намагничивания ферромагнетика abecdfa , графически представляющая в координатах В(Н) один цикл перемагничивания, называется петля гистерезиса.

При циклическом перемагничивании ФММ вследствие периодического разрушения структуры при переориентации магнитных доменов, т.е. вследствие явления гистерезиса, происходит поглощение части энергии внешнего магнитного поля и преобразование её тепло – тепловые потери мощности на гистерезис.

Явление вихревых токов (токи фуко)

Вихревыми или индукционными токами называют контурные (замкнутые) электрические токи, возникающие вследствие вихревых ЭДС самоиндукции в проводящем теле (среде) при изменении магнитного потока

По закону электромагнитной индукции при всяком изменении магнитного потока в окружающем объеме наводятся вихревые ЭДС, величина которых будет пропорциональна скорости изменения магнитного потока:

Если образец из электропроводящего материала (Al, Cu, ФММ) поместить в переменное магнитное поле, то под действием индуцированных вихревых ЭДС в его объеме возникают вихревые токи, величина которых будет пропорциональна электропроводности материала.

Вихревые токи в соответствии с принципом Ленца обладают размагничивающим действием на основной поток, а также вызывают объёмный нагрев материала (джоулевы потери i2R), на что будет расходоваться часть энергии внешнего магнитного поля - тепловые потери мощности на вихревые токи.

Направление индукционной ЭДС и вихревых токов зависит от направления магнитного потока и характера его изменения, т.е. увеличения магнитного потока магнитного потока или его уменьшения .

Потери мощности на вихревые токи определяются по упрощённой эмпирической формуле:

, - опытный коэффициент; G – масса магнитопровода; f – частота перемагничивания; В – магнитная индукция, откуда следует, что потери мощности на вихревые токи пропорциональны квадрату магнитной индукции: ΔP вт ~ B2 .

Таким образом, при работе в переменных магнитных полях в ФММ вследствие явлений гистерезиса и вихревых токов происходит преобразование части энергии внешнего магнитного поля в тепловую - возникают тепловые потери мощности – тепловые потери в стали (сердечнике, магнитопроводе) ΔPс .

1. Для снижения потерь на гистерезис при изготовлении магнитопровода (сердечника) используют специальные магнитно- мягкие материалы (с узкой петлёй гистерезиса);

2. Для снижения потерь на вихревые токи:

2.1. - магнитопровод (сердечник) изготовляется не сплошным, а шихтованным, т.е. набирается из тонких изолированных пластин электротехнической стали толщиной 0,35 - 0,5 мм;

2.2. - в качестве материала магнитопровода используются электротехнические стали с повышенным удельным сопротивлением - кремнистые стали с содержанием кремния около 4% .

Применение ферромагнитных материалов в качестве сердечников (магнитопроводов) в различных электротехнических устройствах обеспечивает получение сильного магнитного поля и концентрацию магнитного потока, что при прочих равных условиях позволяет повысить мощность и экономичность электрических машин, аппаратов и другого электротехнического оборудования.

Кроме того, для повышения экономичности электротехнических устройств, работающих в цепях переменного тока, необходимо принять все меры к снижению потерь мощности в магнитопроводе, возникающих вследствие явлений гистерезиса и вихревые токи.

Соседние файлы в предмете Электротехника