книги из ГПНТБ / Туровский Я. Техническая электродинамика

Д ля тонких экранов (kd<^\)

(4-366)

IZ, + kd

при kd-^-0, x->-0.

потери в стальном элементе, которые можно рассчитать,

180

экране. Следовательно, даже при малых толщинах мед­ ных экранов почти все потери сосредоточены в них са­ мих и благодаря высокой проводимости имеют малое значение. Потери мощности во всей системе экран — сталь лишь на несколько процентов больше потерь в са­ мом экране.

К о э ф ф и ц и е н т э к р а н и р о в а н и я . Отношение потерь в экранированной системе (экран — сталь) к по­ терям в неэкранированной стальной плите назовем коэф­

(4-40)

где £ н = ( # m s i ) 3 / # ) n s l ) 2 > l — коэффициент, учитывающий изменение распределения магнитного поля на поверхно­ сти после наложения экранов на сталь.

В (4-40) проницаемость ц,3 следует определять для напряженности магнитного поля (# m si), так как она от­ носится к неэкранируемому состоянию поверхности. При

181

Чтобы найти комплексный вектор Пойнтинга в экранах, описанных в § 4-3, следует комплексное действующее значение напряженности электрического поля £ д е йств (4-29) умножить на сопряженное действующее значение напряженности магнитного поля Я д е й С тв (4-29), либо на­ оборот:

После подстановки последних зависимостей в форму­ лу (4-43) получим:

5S = Sp + 75, = -щ- # m s X

182

rtorffr, проникающий в металлический лист сквозь обе его поверхности, затухает полностью в середине листа. Под­ ставляя в (4-44) г = 0 и удваивая поток мощности Ss, проникающий сквозь эту поверхность, получаем в ре­ зультате активную и реактивную мощности всего объема листа на единицу его поверхности:

активная мощность

янной магнитной проницаемостью. Более подробные ис­ следования (§ 7-2) электромагнитного поля ^ферромаг ­ нитных средах и гистерезиса показали, что при напряженностях магнитного поля на поверхности стали, превышающих значения, отвечающие максимальной про­ ницаемости, электромагнитная волна затухает быстрее, чем в идеализированной стали с постоянной магнитной проницаемостью (такой же, как на поверхности). Нели­ нейная зависимость проницаемости стали в функции на­ пряженности магнитного поля уменьшает эквивалентную

этот вывод и показали, что аналогичное уменьшение глу­ бины проникновения в стали наблюдается также в слу­ чае внутреннего наложения волн, проникающих в сталь­ ной лист через противоположные поверхности. Это зна­ чит, что практическая неравномерность распределения магнитного потока в сечении листа (например, электро­ технической стали) появляется уже при толщинах в 1,4 раза меньших или при частотах в 2 раза меньших, чем

183

т. е.

W = 1 ' 4 = c o n s t r f = ^ ( M r f ) .

Таким образом, в случае сильных полей коэффициен­ ты £ и W следует определять не для действительной тол­ щины листа d, но для расчетной толщины 1,4с?.

На рис. 4-10 пунктирны­ ми линиями показаны пе­ ресчитанные таким обра­ зом кривые коэффициен­

Полные потери в металлической пластине, выполнен­ ной из материала с постоянной проницаемостью, состав­

184

С некоторым приближением (4-49) можно применять также для тонких стальных листов, вводя по мере на­ добности проницаемость р, под знак интеграла. Как сле­

можно пользоваться приближенной формулой для по­ терь активной мощности

ся в дальнейшем для определения потерь от вихревых токов в электротехнической стали (§ 6-2).

4-5. ЭКРАНИРОВАНИЕ БАКОВ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Сильные поля рассеяния, вызывающие потери и местные перегревы неактивных конструкционных деталей, явля­

в трансформаторах меньших мощностей, которые обла­ дают более сильными и сосредоточенными в определен­ ных местах полями рассеяния (например, печные транс­ форматоры, автотрансформаторы и т. п.).

Отсутствие экранов в мощных трансформаторах и особенно автотрансформаторах могло бы вызвать боль­ шие добавочные потери и перегрев бака [Л. 4-20]. При выборе вида экрана следует руководствоваться, помимо прочих данных, их влиянием на изменение распределе­ ния потока рассеяния в пределах обмоток и особенно радиальной составляющей индукции.

Магнитные экраны иногда более эффективно защи­ щают бак, чем электромагнитные экраны [Л. 10-22, 4-20]. Но они вызывают увеличение радиальной составляющей

185

шагнитного поля рассеяния во внешней обмотке. Это вы­ зывает увеличение добавочных потерь и усилий корот­ кого замыкания от радиальной составляющей во внеш­ ней обмотке.

В случае электромагнитных экранов (Си И Л И А1) по­ тери в баке могут быть несколько большими, чем в слу­ чае магнитных экранов, но зато они ослабляют радиаль­ ную составляющую поля рассеяния и уменьшают доба­

Магнитные экраны применяют в последнее время для за­ щиты баков трансформаторов (вплоть до самых круп­ ных). Иногда их предпочитают электромагнитным экра­ нам [Л. 1-22]. Они закрепляются на внутренней боковой поверхности бака в виде пакетов листовой трансформа­ торной стали, где играют роль магнитных шунтов (см. § 4-2). Высота экрана может приблизительно равняться высоте окна магнитопровода трансформатора или быть больше окна.

На рис. 4-11 показаны схема распределения потока рассеяния в зоне обмоток трансформатора и схема за­ мещения для расчета этого распределения [Л. 4-12]. Как вытекает из рисунка, значение результирующего потока рассеяния Ф р определяется практически магнитным со­ противлением RB междуобмоточного зазора. Сопротив­ ление это значительно превышает остальные соединенные последовательно магнитные сопротивления. Его можно рассчитать с помощью следующих простых формул:

где 6'= 6 + {ai + a2)[2;

hn = b/kR>b; А л « 1 —(at + a 2 + a ) / ( n 6 ) < l

— коэффициент Роговского.

Распределение потока рассеяния Ф р между сердечни­ ком Фс и баком Фб определяется в основном магнитным сопротивлением воздушного пространства между этими поверхностями и воздушным зазором б. В первом при­ ближении можно принять (для трансформатора Ь^> > a c + a6 )

186

Магнитный поток Ф б практически не зависит от свойств магнитного материала стенок бака. Следователь­ но, можно считать, что к экранируемому баку относится п. 2 § 4-2.

Толщину магнитного экрана следует выбирать такой, чтобы поток Фб не насыщал его (уменьшение относи­

потоки рассеяния соответственно: результирующий, в магнито-

зультирующее магнитное сопротивление бака вместе со слоем

18?

тренней стороны бака. Коэффициент уменьшения потерь составляет в этом случае примерно согласно (4-7) и (4-9):

Магнитные экраны могут вызывать некоторое увели­ чение индуктивного и уменьшение активного сопротивле­

магнитный поток направлен исключительно параллельно поверхности листов (проходит вдоль листов экрана).

В действительном трансформаторе чаще всего приме­ няют листовые экраны, составленные из листов транс­ форматорной стали, прилегающих к стенке бака. В та­

удельного сопротивления трансформаторной стали вели­

ние проницаемости экрана. На основании исследований, выполненных на большой модели (рис. 10-2) с размера­ ми средней плиты 2 мХ0,8 м Х Ю мм, было установлено, что величина такой кажущейся проницаемости (квази­ проницаемость) может4 быть принята примерно в 3 раза меньше действительной. Опыт показывает, что получен­ ный таким образом коэффициент экранирования полез­ но в некоторых случаях увеличить еще на 30—50%.

Подставляя в (4-11) соответственно уменьшенное значение cqd=cd/3~n/3, получаем полуэмпирическую формулу для коэффициента уменьшения потерь мощно­ сти в баке трансформатора при магнитном экранирова­ нии листовыми экранами

189