3. Уменьшение влияния постоянной подмагничивания в дросселе

С целью уменьшения влияния подмагничивания постоянным током, которое приводит к уменьшению среднего значения магнитной проницаемости и как следствие к уменьшению индуктивности магнитопровода делают с зазором (неоднородным). Зазор создает сопротивление магнитному потоку тем самым снижает постоянную составляющую магнитной индукции . Снижение индукции смешает рабочую точку на крутой участок кривой намагничивания, где дифференциальная магнитная проницаемость ( ) выше. (Вследствие этого магнитное сопротивление становиться меньше и общее сопротивление магнитопровода и зазора тоже уменьшается)

График

При намагничивании сердечника с зазором необходимо создать большую напряженность магнитного поля , кривая намагничивания имеет более пологий начальный участок, что соответствует снижению магнитной проницаемости из-за наличия зазора. Однако этот начальный участок более протяжен. Из рисунка видно, что существует какой-то оптимальный зазор для заданных постоянной и переменной намагничивающих сил, при котором рабочий участок полностью расположен на крутом участке кривой намагничивания.

При проектировании катушки с неоднородным магнитопроводом (фильтр L) определяют число витков и оптимальный зазор. После этого находят среднюю магнитную проницаемость магнитопровода с зазором.

4. Потери в магнитопроводе

Сердечник разогревается проходящим через него магнитным потоком. Потери в магнитопроводе возникают из-за гистерезиса и вихревых токов. Найденные ранее формы токов соответствовали основной кривой намагничивания.

При гистерезисе ток опережает ток без учета гистерезиса, значит его запаздывание относительно напряжения меньше 90⁰, следовательно от сети потребляется активная мощность, которая порывает потери на гистерезис:

Средняя за период мощность потери:

Исходя из законов электромагнитной индукции и полного тока :

Записанный интеграл является контурным, так как зависимость B=f(H) задается петлей гистерезиса l_г.

Операции дифференцирования и интегрирования по времени исключают друг друга, что позволяет упростить выражение для потерь на гистерезисе:

где V – объем перемагничиваемого материала, S – площадь, ограниченная петлей гистерезиса.

Обычно показатели массы, так как их легче определить при сложной форме сердечника:

G – масса магнитопровода, r – удельная масса материала магнитопровода.

Т.е. потери на гистерезисе пропорциональны частоте, массе магнитопровода и площадь петли гистерезиса, которая в свою очередь зависит от амплитуды магнитной индукции.

Сталь и ее сплавы обладают заметной электропроводностью. Поэтому при наличии переменного магнитного потока в нем возникают вихревые токи, которые вызывают активные потери, а также создают вторичное магнитное поле, что приводит к вытеснению суммарного потока к краям сплошного магнитопровода. Это приводит к увеличению сопротивления магнитопровода, что оценивают уменьшением средней по его сечению магнитной проницаемости.

Чтобы избежать последствий влияния вихревых токов, магнитопровода выполняют наборными из тонких пластин, изолированных друг от друга или навивают из тонкой ленты, покрытой с одной стороны изолирующей пленкой.

Определим потери мощности в одном кольцевом витке витого магнитопровода.

Выделяем в толщине листа контур S , имеющий толщину dx и расположенный на расстоянии x от продольной оси. При b>>d, индукция распределена равномерно и ЭДС в контуре:

, где 2bx – примерное значение площади, охватываемой контуром S.

Сопротивление выделенного контура электрического тока пропорциональна длине 2b, обратно пропорциональна и длине витка l:

- удельное сопротивление материала листа

Потери в элементарном контуре определяются следующим выражением:

Для определения потерь во всех контурах на площади поперечного сечения листа, получим выражение для потерь в одном витке:

где - объем части листа, образующей один виток.

Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату частоты, объему листа и квадрату толщины листа. Поэтому магнитопровода высокочастотных катушек выполняют из очень тонких листов или из магнитных материалов, имеющих большое удельное сопротивление электрическому току. Наименьшие потери на вихревые токи имеют сердечники и образованные ?пеханием? порошков ферромагнитных материалов. Потери во всем магнитопроводе:

где - объем занимаемый ферромагнитным материалом в сердечнике.

В справочниках обычно приводят суммарные потери, вызванные как гистерезисом, так и вихревыми токами. Эти потери в 1/Г магнитного материала Р_уд в зависимости от амплитуды магнитной индукции В_m , для данной частоты и толщины листового материала изображаются графиком: