Раздел: Документация
0 ... 2 3 4 5 6 7 8 ... 35 для МС с воздушным зазором —Bs, —Нс, +BS,+HC. При этом остаточная индукция эквивалентного гистерезисного цикла Вгэ, как это видно из рис. 2.6, оказывается значительно меньше индукции гистерезисного цикла МС без зазора при неизменной индукции насыщения. Таким образом, в МС с воздушным зазором возможно большее приращение индукции АВ = Bs — Вгэ. Наличие в МС воздушного зазора позволяет несколько увеличить и среднюю магнитную проницаемость: ав э в s — вгэ Однако при увеличении воздушного зазора уменьшение индукции Вгэ постепенно замедляется, а значение АН = Hs увеличивается. При некотором размере зазора значение цАэ достигает максимума, а затем начинает уменьшаться. Поэтому увеличение зазора целесообразно только до некоторого предела, при котором достигается максимальная средняя магнитная проницаемость. Зазор обычно предусматривается в МС мощных ИТ, работающих при больших значениях АВ. Уменьшение Остаточной индукции таким способом имеет следующие недостатки: размеры зазора критичны; МС с зазором больше оптимального может иметь среднюю магнитную проницаемость меньшую, чем МС без зазора; оптимальные размеры зазоров - сотые доли миллиметра, что создает существенные технологические трудности при изготовлении МС; воздушный зазор не позволяет полностью использовать магнитные свойства МС, так как остаточная индукция таким способом все равно не может быть уменьшена до нуля (активно используется только один шлейф гистерезисного цикла, да и то не полностью — иэ-за наличия остаточной индукции). Значительно более эффективным методом уменьшения остаточной индукции является введение в МС ИТ размагничивающего поля, создаваемого специальным размагничивающим током. В тех схемах применения ИТ, где последовательно с первичной обмоткой включается накопительный конденсатор или формирующая линия, в паузах между импульсами через обмотку ИТ протекает зарядный ток накопителя, обратный по направлению току в импульсе. Такой ток способствует размагничиванию МС, снижает остаточную индукцию, и средняя магнитная проницаемость оказывается более высокой, чем при отсутствии размагничивающего тока. Для рассмотрения процесса размагничивания МС зарядным током накопителя воспользуемся рис. 2.7, на котором изображен предельный гистерезисный цикл некоторого магнитного материала МС. При этом по-прежнему будем предполагать, что МС набрана из столь тонких листов трансформаторной стали, что эффектом вихревых токов можно пре-негоечь. Пусть в процессе заряда накопительного элемента (см. рис. 1.4) зарядный ток изменяется по закону /э = /3 (г) и в некоторый момент времени достигает максимального значения /этах. Так как зарядный ток противоположен по направлению намагничивающему, он создает в МС размагничивающее поле, которое будет изменяться во времени по тому же закону, что и ток заряда накопительного элемента. Напряженность размагничивающего поля при этом Яр= /3(f)w,//. Если точка, обозначающая магнитное состояние стали МС, к моменту окончания импульса достигла положения А (рис. 2.7), то после окончания импульса она сперва займет положение +Br, Н = 0 и затем под действием размагничивающего магнитного поля начнет двигаться по нисходящей ветви предельного гистерезисного цикла +Br, -Нс, -Bs. А t& -Hs -Нс, Рис. 2.7. Эквивалентный гистерезисный цикл размагничивания магнитной системы зарядным током накопителя -в. со II 0q Когда ток заряда накопителя достигнет максимального значения, в МС будет действовать размагничивающее поле напряженностью Яртах = -/smaxWi//(2-6) и точка А займет положение Л, определяемое этим значением размагничивающего поля. К моменту окончания заряда накопительного элемента зарядный ток упадет до нуля и вместе с ним исчезнет и размагничивающее магнитное поле. Однако точка, обозначающая магнитное состояние, не вернется теперь в положение +ВГ, Н = О, а, двигаясь по восходящей ветви частного гистерезисного цикла, займет положение -Br, Н = 0, так как в процессе действия размагничивающего поля произошло перемагничивание стали МС. Под действием следующего импульса напряжения произойдет намагничивание МС, при котором приращение индукции может составить 31 величину АВ = Вг +Вд. Можно реализовать и еще большее приращение индукции. Таким образом, в результате размагничивания МС зарядным током накопителя возможно значительно большее приращение индукции, чем без размагничивания или при наличии воздушного зазора. Однако для эффективного размагничивания ток заряда накопительного элемента должен быть достаточно большим, что не всегда возможно в реальных схемах. Поэтому значительно удобнее размагничивать МС ИТ посредством постоянного поля, создаваемого специальным источником размагничивающего тока. Ток пропускается либо через одну из обмоток ИТ, обычно первичную, либо через отдельную дополнительную, так называемую размагничивающую обмотку. Одна из применяющихся на практике схем размагничивания МС приведена на рис. 2.8. Назначение дросселя - не допустить короткого замыкания источника импульсного напряжения Ux источником размагничивающего тока /р. Для того чтобы дроссель ие оказывал заметного влияния на вершину и фронт импульса, его индуктивность должна быть большой, а собственная емкость малой. Блокировочный конденсатор Cg вводится для того, чтобы предотвратить падение импульсного напряжения на внутреннем сопротивлении источника размагничивающего тока. Увеличение индуктивности дросселя и нелинейные свойства сопротивления нагрузки уменьшают время размагничивания. Обычно индуктивность дросселя выбирается на порядок выше индуктивности первичной обмотки ИТ.  Рис. 2.8. Схема размагничивания магнитной системы от отдельного источника размагничивающего тока В схеме на рис. 2.8 можно создать произвольно сильное размагничивающее поле. Если исходно под действием этого поля МС находилась в состоянии отрицательного насыщения, характеризуемого на рис. 2.7 точкой (-Bs, -Нс), то возможно максимальное приращение индукции ДВ = 2BS, т. е. полное использование магнитных свойств МС. Однако при этом средняя магнитная проницаемость ц д = = 2Bsl(2n0Hs) снижается, и поэтому обычно создают размагничивающее поле напряженностью лишь несколько большей, чем коэрцитивная сила Нс. Это позволяет получить высокое значение мд и ненамного снижает приращение индукции АВ. Такие элементы, как дроссель, источник размагничивающего тока и блоки- ровочный конденсатор, усложняют схему и делают ее применение целесообразным преимущественно в мощных ИТ. 2.4. ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ Один из важных* вопросов, возникающих при проектировании ИТ, — сокращение потерь энергии и получение максимального КПД. Основным фактором, определяющим КПД ИТ, являются потери в МС при ее перемагничивании. Они складываются из потерь на гистерезис, вихревые токи, магнитную вязкость и потерь из-за несовершенства междулистовой изоляции. Точный аналитический учет практически невозможен как вследствие сложности расчета потерь на вихревые токи и магнитную вязкость, так и вследствие того, что потери энергии из-за несовершенства междулистовой изоляции вообще не поддаются аналитическому учету. Последнее связано со многими причинами, и прежде всего с такой, как различие в технологии изготовления МС на разных предприятиях. Поэтому потери энергии в МС ИТ наиболее целесообразно определять на основании экспериментальных данных, полученных для различных магнитных материалов, режимов их работы и с учетом технологии изготовления из них МС. Однако такие данные пока отсутствуют и приходится пользоваться приближенными методами расчета потерь. Ниже упрощенно рассматриваются расчеты наиболее существенных потерь в МС — на гистерезис и вихревые токи. С введением в расчетные формулы упрощений заведомо завышаются расчетные значения потерь, чем в некоторой степени компенсируется отказ от учета потерь, связанных с магнитной вязкостью и несовершенством междулистовой изоляции. Накопленный опыт проектирования мощных ИТ указывает на практическую допустимость такого подхода, поскольку он не сопровождается грубыми просчетами и обеспечивает получение достаточных расчетных запасов. Удельные потери на гистерезис в МС выражаются формулой wr= $HdB. В МС мощных ИТ применяются высоколегированные электротехнические стали или пермаллои, форма петли статического гистерезиса у которых близка к прямоугольной. Эти магнитные материалы используются в МС при больших, до 2ВГ, приращениях индукции. По этой причине гистерезисные циклы близки к предельным, а значит, петля их - к прямоугольной. Поэтому Wras АНАВ, причем точность формулы тем выше, чем ближе форма гистерезисной петли к прямоугольной. Мощность потерь на гистерезис в МС выразится формулой VFAHABka.•(2.7) По мощности потерь на гистерезис можно определить эквивалентное сопротивление потерь на гистерезис Rr = U\IPr. В реальных ИТ мощность потерь на гистерезис обычно относительно мала и, следовательно, сопротивление потерь на гистерезис велико. Главное влияние на потери в ИТ оказывают вихревые токи в МС. Вследствие сложности механизма вихревых токов определение потерь наиболее точно производится экспериментальными методами.  Рис. 2.9. Магнитная система, набранная из тонких листов Основываясь на экспериментальных данных, отделяют случай, когда перемагничивание происходит по частным гистерезисным циклам (рис. 2.5) при начальном значении индукции +ВГ, от случая, когда перемагничивание происходит практически по предельным гистерезисным циклам - от индукции —Вг до индукции +ВГ или в больших пределах. В первом случае перемагничивание происходит на участке петли с относительно малой магнитной проницаемостью и механизм размагничивающего действия вихревых токов удовлетворительно описывается на основе работ [2, 3]. Во втором случае перемагничивание происходит на участке петли с относительно большой или даже максимальной магнитной проницаемостью; механизм размагничивающего действия вихревых токов более точно описывается в -работе [4] на основе представлений о перемагничивании магнитных материалов с прямоугольной петлей гистерезиса, приемлемых и для рассмотрения процесса перемагничивания трансформаторных сталей (см., например, работу [5]). Обоснованием такому искусственному, раздельному, рассмотрению действия вихревых токов служит только более или менее удовлетворительное соответствие результатов расчета и эксперимента [4-«]. В целом расчет потерь, основанный на работах [2, 3] и принятый в литературе по ИТ, применим для расчета маломощных ИТ, работающих при малых приращениях индукции, а основанный на работе [4] — для расчета мощных ИТ, у которых приращения индукции достигают больших значений. Для расчета потерь при малых приращениях индукции рассмотрим поперечное сечение МС, набранной из тонких листов трансформаторной стали (рис. 2.9, а), и поперечное сечение одного листа (рис. 2.9, б). Лист стали имеет толщину с и удельное сопротивление р. Элементарный контур (на рис. 2.9, б заштрихован) характеризуется длиной 2Ь, так как с< Ъ, и площадью поперечного сечения SK = 2bdx. Электродвижущая сила, индуцированная в элементарном контуре переменным магнитным потоком, dBx ек = 2Ьх dt а сопротивление элементарного контура 2Ь Их drK = р Полная мгновенная мощность потерь на вихревые токи в одном листе МС с/2 е2 с/2 2b2l (dBx/dt)2x2 р = j — = j- - dx. О к оар Скорость изменения индукции в различных точках сечения листа неодинакова и меняется во времени. Однако по истечении некоторого промежутка времени после начала действия импульса напряжения на первичную обмотку трансформатора величина dBx\dt становится приблизительно постоянной, и согласно выражению (2.3) ее усредненное значение dBx аВ Ux dt ~ ги - w,Sfca Такая скорость изменения индукции по истечении некоторого промежутка времени будет во всех точках сечения листа, но сама индукция в этих точках может быть различной. Принимая это во внимание и учитывая, что число листов в МС равно S/ (be), получим следующие выражения для импульсной мощности потерь во всей МС: lSkaAB2c2> kaAB2c2 Средняя мощность потерь энергии в МС, определяющая тепловой режим ИТ, РвклАВ2С2 Р = 2 = VF—— .(2.9) а12рг„ 0 ... 2 3 4 5 6 7 8 ... 35
|
