6.3. Магнітні втрати
У змінних магнітних полях перемагнічування феромагнетика супроводжується втратами, що викликають нагрівання матеріалу. У загальному випадку втрати на перемагнічування складаються із втрат на гістерезис і втрат на вихрові струми.
Втрати на гістерезис за один цикл перемагнічування, віднесені до одиниці об'єму речовини, визначаються площею статичної петлі гістерезиса, тобто петлі, яка була одержана при повільній зміні магнітного потоку
(6.9)
Ці втрати визначають по емпіричній формулі:
(6.10)
де РГ – втрати на гістерезис, Вт/кг, K – коефіцієнт, що залежить від властивості матеріалу, Вмах – максимальне значення магнітної індукції, D – густина матеріалу.
У змінному магнітному полі всередині магнітного матеріалу індукуються вихрові струми, які також є причиною розсіяння енергії. Вихрові струми виникають у провідному середовищі за рахунок ЕРС самоіндукції, що пропорційна швидкості зміни магнітного потоку. Звідси випливає відмінність статичних петель гістерезиса від динамічних: якщо статичні петлі характеризують лише втрати на гістерезис, то динамічні включають сумарні втрати на гістерезис і вихрові струми, тобто при намагнічуванні змінним полем петля гістерезиса розширюється. Причому втрати на гістерезис за один період зміни зовнішнього поля залишаються постійними в досить широкому діапазоні частот, а втрати на вихрові струми зростають пропорційно частоті. Втрати на вихрові струми залежать не тільки від магнітних, але й від електричних властивостей матеріалу (питомого опору ρ), а також від форми і конструкції магнітного сердечника. Для листового зразка ці втрати виражаються емпіричною формулою:
(6.11)
де h – товщина листа, м.
При зніманні гістерезисних кривих на постійному струмі балістичним методом отримують статичні криві. При зніманні цих кривих на змінному струмі отримують динамічні криві. Статичні криві включають лише втрати на гістерезис, тоді як динамічні криві враховують втрати на гістерезис і вихрові струми.
Рис.6.6. Частотна залежність втрат на перемагнічування РГ
і динамічних втрат Рf.
При малих частотах можна не враховувати втрати на вихрові струми Рf, які є малими в порівнянні зі втратами на перемагнічування РГ.
Для зменшення втрат на вихрові струми магнітопроводи збирають із магнітних матеріалів підвищеного питомого опору ρ, крім цього використовують тонкі пластини, що ізольовані один від одної. Все це дає змогу зменшити вилив поверхневого ефекту на опір провідника при високих частотах.
Втрати, пов'язані з залишковим магнетизмом, враховують при використанні феромагнетиків в імпульсних режимах.
Розглянемо еквівалентну схему й векторну діаграму індуктивної котушки з магнітним осердям у вигляді послідовного з’єдна-ння індуктивності L і активного опору R (рис.6.7). Власною ємністю й опором обмотки індуктивної котушки нехтуємо.
Кут δμ називається кутом магнітних втрат. З векторної діаграми випливає, що тангенс кута магнітних втрат дорівнює
(6.12)
Рис.6.7. Еквівалентна схема заміщення й векторна діаграма індуктивної котушки з магнітним осердям.
З урахуванням цього активну потужність можна визначити за формулою
(6.13)
Величина, зворотна до tgδ називається добротністю феромагнетика.