Реферат : Влияние гистерезиса и вихревых токов на ток катушки с ферромагнитным сердечником 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Реферат >> Радиоэлектроника


Влияние гистерезиса и вихревых токов на ток катушки с ферромагнитным сердечником




Влияние гистерезиса и вихревых токов

на ток катушки с ферромагнитным сердечником

Магнитный гистерезис вносит дополнительные изменения в форму кривой намагничивающего тока. Эти изменения обусловлены тем, что при увеличении магнитного потока ход кривой тока определяется восходящей, а при уменьшении потока – нисходящей ветвью петли гистерезиса.

Ток в катушке с учетом магнитного гистерезиса

На рис 1. изображен график Ф(i) зависимости магнитного потока от намагничивающего тока катушки с ферромагнитноым сердечником (петля магнитного гистерезиса). Петля гистерезиса, полученная при медленном циклическом изменении намагничивающего тока, называется статической.

р
ис.1

На том же рисунке дана кривая тока i(wt), показывающая, что при увеличении магнитного потока кривая тока идет выше, а при уменьшении потока – ниже кривой, построенной при тех же условиях по основной кривой намагничивания. Кроме того начальные фазы потока и тока не совпадают (угол сдвига ), в связи с чем первая гармоника тока (или эквивалентный ток) отстает от приложенного напряжения на угол < 900.

Энергия магнитного поля катушки

Наличие сдвига по фазе между током и напряжением, меньшего 900, указывает на то, что активная мощность в цепи не равна нулю даже в том случае, если активное сопротивление обмотки катушки R=0.

Следовательно, ток катушки из-за потерь на гистерезис имеет активную составляющую, а средняя мощность за период не равна нулю.

В данном случае активная мощность характеризует расход энергии на перемагничивание ферромагнитного сердечника.

Изменение энергии магнитного поля dWm выражается площадью элементарного прямоугольника со сторонами i и d. Следовательно

dWм = id

Энергия магнитного поля, запасенная при увеличении тока в катушке, определяется площадью, ограниченной кривой (i) и осью ординат (рис.2):

Wм = Sid.

р
ис.2

Рассмотрим цикл перемагничивания сердечника, начиная с точки 1, когда i=0 и

B= -B (рис. 3,а).

Для размагничивания сердечника от –B, до 0 и последующего намагничивания до Bmax затрачивается энергия, которая определяется площадью, ограниченной контуром 1-2-3-4-0-1. Эта площадь непосредственно определяет величину HdB, но dB пропорционально d, а H пропорционально i.

р
ис. 3

На всем протяжении рассматриваемой части петли маг­нитного гистерезиса (1-2-3) напряженность поля Н и прираще­ния магнитного потокосцепления  положительны.

При размагничивании от Вмах до + В, (участок 3-5) напряженность поля по-прежнему положительна, а приращения потокосцепления отрицательны. Площадь, ограниченную кон­туром 3-4-5-3, нужно считать отрицательной. Энергия, пропор­циональная этой площади, возвращается источнику. На участке 5-6-7 петли гистерезиса напряженность поля и приращения потокосцепления отрицательны. Площадь, ограниченная кон­туром 5-6-7-8-1-0-5, положительна. Это означает, что энергия опять потребляется от источника. Размагничивание на участке 7-1 сопровождается возвращением энергии источнику в коли­честве, пропорциональном площади 7-8-1-7.

Таким образом, энергия, израсходованная в единице объема ферромагнитного сердечника за один цикл перемагничивания, определяется площадью, ограниченной петлей магнитного ги­стерезиса.

Потери энергии в ферромагнитном сердечнике катушки

При достаточно быстром изменении намагничивающего тока в ферромагнитном сердечнике возникают вихревые токи.

Вихревые токи создают намагничивающую силу, направ­ленную навстречу намагничивающей силе обмотки с током i, поэтому изменения магнитной индукции и магнитного потока в сердечнике как бы задерживаются: те же величины магнитной индукции и потока получатся при большем намаг­ничивающем токе в обмотке. Это значит, что при переменном токе в обмотке петля магнитного гистерезиса шире статической петли в связи с действием вихревых токов. Петля магнитного гистерезиса, соответствующая переменному намагничивающему току, называется динамической.

На рис.3,б показаны динамические кривые намагничива­ния сплава железо-никель при различных частотах тока. Вихревые токи увеличиваются с ростом частоты перемагничивания, удельной проводимости и магнитной проницаемости материала сердечника, при этом динамическая петля расширяется.

Возникновение вихревых токов вызывает дополнительный расход энергии в сердечнике. Энергия, израсходованная на перемагничивание сердечника и поддержание в нем вихревых токов, преобразуется в теплоту. Эту энергию называют магнитными потерями или потерями в сталипо названию наиболее применяемого ферромагнитного материала. Мощность магнитных потерь Рм пропорциональна площади динамической петли магнитного гистерезиса. Ее обычно опре­деляют по формуле

Pм=PудG,

где G-масса ферромагнитного сердечника, кг; Руд – удельная мощность потерь в стали, Вт/кг.

Зависимости .Руд от магнитной индукции В при данной частоте для различных ферромагнитных материалов приводятся справочных таблицах.

Векторная диаграмма катушки с учетом потерь энергии в сердечнике

Зная магнитные потери, найдем активную составляющую квивалентного тока катушки

Iа=Pм/U

Упрощенная векторная диаграмма катушки с ферромагнитным сердечником (без учета активного сопротивления обмотки магнитного рассеяния) дана на рис. 4. При построении ^аграммы в произвольном направлении 1ложен вектор напряжения U. Под прямым углом к нему откладывается вектор магнитного потока Фm, который отстает по фазе от напряжения на 90°. От потока на 90° отстает ЭДС, величина которой Е равна величине U.



рис.4

Активная составляющая тока совпа­дет по фазе с напряжением, а полный ток катушки отстает от напряжения на угол :

cos=Pм/UI

Реактивная составляющая тока катушки I совпадающая по фазе с магнитным потоком, называется намагничивающим током



Угол между векторами полного тока катушки и магнитнoro потока называется углом потерь:

tg = Ia/I

4


Похожие работы:

  • Исследование магнитного гистерезиса

    Реферат >> Физика
    ... под влиянием внешних воздействий ... ферромагнитного материала не намагничен и тока в витках катушки нет, т.е. B=0 и H=0 (начало координат на ... потери от гистерезиса и вихревых токов, вследствие ... широко применяются в качестве сердечников в аппаратуре проводной ...
  • Лекции по ТОЭ

    Реферат >> Физика
    ... катушки с ферромагнитным сердечником Пусть имеем катушку с ферромагнитным сердечником, представленную на рис. 4. В соответствии с определением потокосцепления , (2) и на основании закона полного тока ...
  • Магнитомягкие материалы. Ферриты

    Реферат >> Физика
    ... токов. В 1893г Хевисайд предложил использовать катушки с сердечниками ... потерь на гистерезис и вихревые токи. Для уменьшения потерь на вихревые токи в ... только половина сердечников оказывает влияние на выходной сигнал ... петлю гистерезиса ферромагнитных материалов ...
  • Проект термического отделения высокотемпературного отжига анизотропной электротехнической стали толщиной 0,35 мм. Годовая программа 150 тысяч тонн

    Дипломная работа >> Промышленность, производство
    ... сердечники для трансформаторов. Сердечники подвергаются перемагничиванию переменными токами. Изготовление сердечников ... на вихревые токи. Однако при этом возрастают потери на гистерезис и коэрцитивная сила. Рис. 7. Влияние содержания углерода на ... ферромагнитном ...
  • Ферромагнетики

    Реферат >> Физика
    ... влияние веществ ферромагнитных, тем, что к магнитному потоку, создаваемому током в обмотке катушки ... сталь. На рис. 9 показана форма петли гистерезиса для ... под действием вихревых токов Фуко, которое ... ферритовых антенн, сердечников радиочастотных контуров, ...
  • Магнитные материалы

    Реферат >> Физика
    ... частоты(из-за влияния вихревых токов) и напряженности ... потерями на вихревые токи и гистерезис. Поэтому ... катушках индуктивности контуров радиоприемных устройств, генераторов, фильтров и т.д. Сердечники на ... разные каналы. Ферромагнитный резонанс наблюдается ...
  • Классификация электроизмерительных приборов

    Реферат >> Коммуникации и связь
    ... сердечника из ферромагнит­ного материала под влиянием магнитного поля неподвиж­ной катушки. Сердечник укреплен на ... На его среднем стержне расположена гистерезис и вихревые токи. Подвижная катушка враща­ется около неподвижного стального сердечника ...
  • Автоматизированное производство

    Шпаргалка >> Промышленность, производство
    ... на сборочных операциях снижением влияния ... Термопара (7) Емкостный (1,2,3,5,6) Вихревой токовый (2,3,4) Магниторезистивный (2,3) ... на входе, с насыщением на выходе и с петлей гистерезиса ... ферромагнитный сердечник втягивается в контур (катушку) с током ...
  • Узлы функциональной электроники

    Реферат >> Радиоэлектроника
    ... омическое сопротивление катушки; Rq – сопротивление потерь на вихревые токи; RC­ – сопротивление потерь в сердечнике; RCL – ... 5Dк - влияние экрана на параметры меньше, в этом случае L уменьшиться на 5%. Катушки индуктивности с сердечником. Сердечники бывают ...
  • Исследование систем измерения траекторных параметров самолета при посадке на основе эффекта Мессбауэра

    Дипломная работа >> Коммуникации и связь
    ... индуктивности катушка малых габаритов выполняется с сердечником из ферромагнитного материала ... но одновременно возрастают потери на гистерезис и вихревые токи и усиливается поверхностный эффект ... значительной степени подвержены влиянию паразитных емкостей и ...