Потери в сердечниках из ферромагнитных материалов

Для правильного выбора эквивалентных синусоид, заменяющих действительные несинусоидальные кривые тока и напряжения в катушках с ферромагнитными сердечниками, необходимо знать потери энергии в сердечниках при периодическом изменении магнитного потока. Эти потери складываются из потерь на вихревые токи и на гистерезисе.

При изменении магнитного потока, пронизывающего стальной сердечник, в нем индуктируются ЭДС, под действием которого в сердечнике протекают вихревые токи. Эти токи замыкаются в плоскостях перпендикулярных вектору . (рис.38).

Рис. 38. Вихревые токи

Вихревые токи вызывают нагрев сердечника, снижают к.п.д. электрических устройств. Кроме того, они согласно закону Ленца оказывают размагничивающие действие, создавая намагничивающую силу, направленную против основной.

Мощность потерь в сердечнике от вихревых токов обычно определяют по экспериментальной формуле:

(52)

где - объем сердечника;

– коэффициент, зависящий от формы сечения элементов из которых набран сердечник, геометрических размеров этого сечения, удельной проводимостью материала, и формы кривой ЭДС.

- частота намагничивающего тока (ЭДС).

Перемагничивание ферромагнитного сердечника связано с затратами энергии. Можно доказать, что потери энергии за один цикл перемагничивания пропорциональны площади петли гистерезиса. Мощность потерь на гистерезис определяют по эмпирической формуле:

, (53)

где - коэффициент, зависит от свойств ферромагнитного материала;

n – эмпирический коэффициент, для большинства электрических устройствах, можно положить n=2.

Таким образом, суммарная мощность потерь в сердечнике определяется уравнением:

. (54)

То обстоятельство, что , , позволяет экспериментально определить составляющие, производя измерения при разных частотах, но при одинаковых амплитудах индукции .