Потери в обмотках

Активные потери в магнитных элементах складываются из потерь в обмотках (потери в меди) и потерь в сердечнике (потери в стали).

Численно потери оцениваются величиной тангенса диэлектрических потерь

где R_{п м} - сопротивление потерь в обмотках; R_{п ст} - сопротивление потерь в сердечнике; Q=1/tg - добротность.

Потери в обмотках определяются в основном величиной

При работе магнитных элементов необходимо учитывать два эффекта, который проявляются при повышении частоты

Поверхностный эффект или эффект вытеснения тока

На расстоянии d_э от поверхности ток в e раз меньше, чем у поверхности. Теория поля дает

f - частота; Сопротивление d₀ - диаметр провода.

Эффект близости

Проявляется при расположении проводников в виде петли. Плотность тока возрастает на внутренней стороне петли (рис.159)

Совместное действие этих эффектов приводит к зависимости R=f(d₀) (рис.160)

При проектировании диаметр обмоточного провода стремятся выбирать близко к d_опт.

Потери в сердечнике

Рассмотрим кривую намагничивания ферромагнтика, т.е. зависимость индукции B от напряженности магнитного поля H (рис. 161).

В области очень слабых полей 1 индукция B и магнитная проницаемость m малы, индукция растет линейно,  - постоянна. Эта область используется для создания линейных магнитных элементов.

В области средних полей 2 индукция B растет быстро до максимума, а затем в области 3 B растет слабо, а  падает. В области сильных полей 4 индукция B имеет насыщение,  - мала.

При периодическом изменении напряженности кривая намагничивания имеет вид замкнутой петли ("петля гистерезиса"). На рис. 162 кривые намагниченности магнитных материалов :

• a - для электротехнической стали;

• б - кривая намагничивания железоникелевых сплавов;

• в - для ферритов.

Потери в сердечнике делятся на:

• потери на гистерезис;

• потери на вихревые токи;

• потери на магнитное последствие.

Циклическое перемагничивание характеризуется потерями энергии, которое называется потерями на гистерезис. Эти потери проявляются при средних и сильных полях. Потери на гистерезис характеризуются коэффициентом _r, который является важной характеристикой магнитного материала. Сопротивление потерь на гистерезис равно

Величина R_п.г. зависит от площади петли гистерезиса, объема сердечника и частоты.

Потери на вихревые токи связаны с тем, что в листе толщиной h магнитное поле Н₁ индуцирует вихревые токи I_в (рис. 163), которые создают поле Н₂.

В центре листа Н₁ и Н₂ компенсируются, поэтому магнитный поток Н₁ концентрируется около поверхности, что приводит к уменьшению магнитной проницаемости сердечника _с. Вихревые токи вызывают потери, которые характеризуются коэффициентом _п и рассчитываются по формуле

Для снижения вихревых токов используются следующие методы:

• Применение магнитных материалов с высоким удельным сопротивление r-ферритов.

• Применение магнитных материалов в виде тонких слоев и лент, электрически изолированных друг от друга. Таким способом изготавливают сердечники из стали и железоникелевых сплавов.

• Использование порошкообразных материалов, состоящих из проводящих магнитных зерен, разделенных диэлектрическим наполнителем. Такими материалами являются магнитодиэлектрики.

Потери на вихревые токи пропорциональны f².

Потери на магнитное последствие обусловлены микровихревыми токами, возникающими при росте доменов в области начального намагничивания. Они оцениваются коэффициентом _п.

R_п.п. = L_c_п

Таким образом, суммарные потери в сердечнике

R_п.ст. = L_c(_rН + _вf + _п)

Или

tg_ст. = _rН + _вf + _п