3. Потери в магнитопроводе

Потери в магнитопроводе разделяют на статические и динамические.

Статические потери это потери на перемагничивание – магнитный поток, проходя по сердечнику разворачивает все домены то в одном, то в другом направлении, при это поле совершает работу, раздвигается кристаллическая решётка, выделяется тепло и сердечник разогревается. Эти потери пропорциональны площади петли (S_петли), частоте (f_сети) и весу (G) сердечника – P_г ≡ S_петли * f_сети *G. Это, так называемые, потери на гистерезис. Чем уже петля, тем меньше потери. При уменьшении толщины ленты возрастает Н_с , увеличивается площадь петли и потери на гистерезис возрастают. При увеличении частоты поля уменьшается μ_а и также возрастают потери.

Динамические потери это потери на вихревые токи. Петля гистерезиса, снятая на постоянном токе (f_c = 0) – статическая петля. С увеличением частоты f_c начинает сказываться действие вихревых токов.

Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату частоты, квадрату толщины и весу сердечника P_в ≡ f² * Δ² * G . Поэтому на высоких частотах используются очень тонкие материалы. Наименьшими потерями обладают ферриты – порошок ферромагнетика спекаемый при высокой температуре. Каждая крупинка изолирована окислом, поэтому вихревые токи очень малы. Общие потери в магнитопроводе (Р_МАГ) равны сумме статических и динамических потерь Р_МАГ = Р_г + Р_в. В справочниках на магнитные материалы потери Р_г и Р_в не разделяют, а приводят суммарные потери на 1 кг материала – Р_уд [Bт/кг ]. Итоговые потери находят простым умножением удельных потерь на вес сердечника Р_МАГ = Р_уд * G (2.1)

Для других частот такие зависимости будут иными. Если режим эксплуатации магнитопровода не соответствует режиму измерения потерь, то потери можно пересчитать на требуемый режим по эмпирической, но вполне пригодной формуле:

(2.2)

где α, β = 1,3…2 – эмпирические коэффициенты, которые с достаточной для практики точностью можно принять равными 2;

f₀, B₀ – режим измерения, для которого приводятся графики(или

табличные справочные данные);

f_x, B_x – режим эксплуатации для которого требуется найти потери.

3. Классификация трансформаторов и их конструкции

Трансформатор - это статический электромагнитный аппарат, преобразующий параметры электрической энергии переменного тока (напряжение, ток, форму, число фаз и пр.). Трансформатор представляет собой магнитопровод с нанесенной на него одной или несколькими обмотками [1].

В зависимости от назначения трансформаторы делят на силовые, согласующие и импульсные. По схемному исполнению различают однообмоточные или автотрансформаторы и многообмоточные

Рисунок 2.15–Автотрансформатор (а) и многообмоточный трансформатор (б)

По конструктивному исполнению трансформаторы различают: броневые, стержневые, тороидальные, трёхфазные, кольцевые и кабельные. Все они отличаются условиями охлаждения и индуктивностью рассеяния. Расположение обмоток на магнитопроводах (сердечниках) чёрным цветом показано на рис.2.16.

Часть магнитопровода, на которую нанесена обмотка, называется стержень, а открытая часть – ярмо. Наименьшей индуктивностью рассеяния обладает тороидальный трансформатор (весь магнитопровод охвачен обмотками!), а наибольшей – кабельный. Наихудшими условиями охлаждения сердечника также обладает тороидальный трансформатор, поскольку потерям (теплу) из сердечника уходить некуда. Наиболее известны и распространены первые три конструкции. Их расположение в порядке возрастания индуктивности рассеяния: в, б, а. Расположение в порядке улучшения условий охлаждения сердечника такое же: в, б, а. Именно проблема отвода тепла привела к появлению трансформаторов с воздушными радиаторами, с водяным и с масляным охлаждением