Раздел: Документация
0 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 35 Найденная таким образом мощность потерь определяет эквивалентное сопротивление потерь на вихревые токи «в--:г"- Vk»AB2c2 Сопротивление RB определяет установившееся значение эквивалентного вихревого тока щ УкаАВ*с2 «в \2pt2 Ut Однако такого значения вихревой ток достигает только по истечении некоторого промежутка времени после начала действия импульса. Процесс установления вихревого тока в листах МС, вообще говоря, следует рассматривать как процесс установления отдельных составляющих тока в бесконечно большом числе элементарных контуров. Каждый такой контур в действительности обладает не только активным сопротивлением, но и некоторой индуктивностью. Пренебрежение влиянием индуктивности контуров и приводит к тому, что потери на вихревые токи, рассчитанные по формулам (2.8) и (2.9), оказываются больше действительных потерь в МС. Таким образом, создается расчетный запас. Суммируя потери мощности на гистерезис и вихревые токи, получим выражение для полных потерь в магнитной системе Ры = Рт + л,.ср = ABFVk,. (АН + j.(2.10) Последнее выражение формально сходно с формулой (2.7), определяющей потери на гистерезис. Действительно, приращение ДЯК=ДЯ+-2(2.11) формально может рассматриваться как некоторое эквивалентное значение напряженности магнитного поля, учитывающее влияние вихревых токов. Поэтому эквивалентная средняя магнитная проницаемость в импульсном режиме, так называемая кажущаяся магнитная проницаемость, определится с учетом влияния вихревых токов как АВ "А(212) д0Д#к i + попас l(l2ptH) Как следует из полученного выражения, для увеличения кажущейся магнитной проницаемости необходимо применять магнитные материалы с малой коэрцитивной силой, большим удельным электрическим сопротивлением, высокой индукцией насыщения и набирать МС из листов 36 малой толщины. Однако при больших приращениях индукции и малой длительности импульсов почти всегда АН < АВс2/(12f>tH), так что коэрцитивная сила магнитного материала обычно не играет существенной роли. Остальные же электромагнитные параметры у всех магнитных материалов настолько близки, что имеющиеся различия можно не учитывать. Поэтому наибольшее значение для увеличения, магнитной проницаемости и уменьшения потерь в МС имеет уменьшение толщины листа. Это является единственной причиной, оправдывающей применение в МС ИТ дорогостоящих пермаллоев, выпускаемых в лентах толщиной до 0,005 мм. Автором работы [3] произведено более глубокое исследование влияния вихревых токов на процесс намагничивания стали МС, основанное на замещении листа МС электрической цепью из бесконечно большого числа ветвей с последовательно соединенными индуктивностями и сопротивлениями. Эквивалентное значение напряженности магнитного поля, учитывающее влияние вихревых токов,, выражается следующим рядом: Д#„= АН п26 26 * 1 / в 1+ —--2 — ехр -к — Зги и * = 1 к2 \ й (2.13) где величина в, измеряемая в единицах времени, носит название постоянной времени вихревого тока в листе МС и связана с толщиной листа и его электромагнитными параметрами формулой *="С(2.14) 4п2р С учетом точного значения напряженности магнитного пиля в листе, кажущаяся магнитная проницаемость определится формулой пак=--- .■- -(2.15) тг 9 291/ 2 9 1 + -г- - — 2 — ехр -к — Зги и fc = ifc2 \ и Из сравнения формул (2.11)-(2.13) и (2.15) видно, что приближенные формулы (2.11) и (2.12) дают завышенное значение напряженности магнитного поля и заниженное значение магнитной проницаемости. Погрешность, даваемая формулами, уменьшается с увеличением отношения 9/ги, т.е. с увеличением влияния вихревых токов. При отношении 0/ги, равном 1; 2 и 3, эта погрешность равна соответственно 17,5; 6,9 и 2,8%. Учитывая малость и знак погрешности, обеспечивающий получение расчетного запаса, можно считать допустимым и целесообразным при б/ги > 1 использование приближенных формул. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что при в ltH > 1с несущественной для практических расчетов погрешностью формула (2.12) может быть дополнительно упрощена и записана в виде и - ЗДдГ* - П(*И(2-16> тг вfl0C причем с увеличением постоянной времени вихревого тока погрешность в расчете кажущейся магнитной проницаемости по формуле (2.16) также уменьшается. Из формулы (2.16) особенно отчетливо видно, что кажущуюся магнитную проницаемость Можно увеличить фактически единственным способом, состоящим в уменьшении толщины листа. Расчет потерь при больших приращениях индукции основан на допущении о том, что петля гистерезиса близка к прямоугольной, магнитная проницаемость на восходящей ветви, в интервале значений индукции от —Вг до +ВГ , постоянна и электромагнитное поле в МС распределено равномерно [4], Эти допущения справедливы для МС мощных ИТ при отношении длины самой длинной к длине самой короткой магнитной линии, меньшем 1,5, когда электромагнитное поле в листе МС (рис. 2.9, б) можно считать одномерным. Если длительность импульса достаточно мала, то в листе имеет место сильный поверхностный эффект и при перемагничивании с течением времени происходит перемещение плоской электромагнитной волны от поверхности к середине сечения. Распределение магнитного поля по сечению находится интегрированием одномерных уравнений Максвелла. ** к И Рис. 2.10. Динамическая характеристика намагничивания стали магнитной системы  Результатом исследования, основанного на таких предпосылках и допущениях, является зависимость напряженности магнитного поля в листе от времени, параметров магнитного материала, длительности импульса и приращения индукции на восходящей ветви петли гистерезиса, близкой к предельной: Як=Яс+1.(2Л7) 4РГИ Отличие этого результата от полученного для малых приращений индукции состоит в том, что при г = г и составляющая напряженности магнитного поля, определяемая размагничивающим действием вихревых токов, оказывается в три раза большей, причем этот результат хорошо согласуется с данными экспериментальных исследований, приведенными в работах [4—6]. На основании формулы (2.17) можно построить динамическую характеристику намагничивания материала МС, учитывающую как явление гистерезиса, так и размагничивающее действие вихревых токов. Такая характеристика приведена на рис. 2.10, где принято, чтопере-магничивание происходит от точки А до точки А, Из рисунка следует, что потери мощности на гистерезис и вихревые токи, пропорциональные площади динамической характеристики, могут быть выражены приближенной формулой Рм= ЩРАв(шс +.(2.18) Согласно динамической же характеристике, кажущаяся магнитная проницаемость, пропорциональная углу наклона восходящей ветви характеристики, определяется выражением Лдк~—\-(2-19) нос Из полученных формул следует, что потери мощности в МС на вихревые токи при больших приращениях индукции в полтора раза больше, а кажущаяся магнитная проницаемость в три раза меньше, чем при малых приращениях. Представляется уместным отметить, что эти выводы, являющиеся результатом проведенных ранее исследований [4—6], в литературе по расчету ИТ пока не использовались, расчеты производились по формулам (2.11) и (2.12), полученным на орнове работы [3]. Поэтому, несмотря на большую достоверность, эти результаты нуждаются в дополнительном опытном подтверждении. Вихревые токи оказывают существенное влияние на минимальный допустимый период (максимальную допустимую частоту) повторения трансформированных импульсов. Минимальный период ограничен временем восстановления МС своих свойств к моменту подачи очередного импульса. Это время определяется постоянными времени вихревого тока в листах МС и магнитной вязкости материала МС [3]. Время установления или спадания вихревого тока в листе МС можно считать равным примерно 30 , и, следовательно, минимальный период повторения импульсов не должен быть меньше этой величины. Отметим, что, как следует из сравнения формул (2.11) и (2.17), постоянная времени вихревого тока при больших приращениях индукции в три раза больше, чем при малых. Постоянная времени магнитной вязкости у магнитных материалов, применяемых в МС ИТ, составляет несколько десятков наносекунд, что обычно на один-два порядка меньше постоянной времени вихревого тока. Поэтому магнитная вязкость не оказывает существенного влияния на процессы в МС ИТ микросекундного диапазона длительности импульсов и по этой причине в практических расчетах может не приниматься во внимание. В то же время явление магнитной вязкости наряду с вихревыми токами является главным фактором, ограничивающим применение магнитных материалов в ИТ наносекундного диапазона длительности импульсов. В заключение отметим необходимость совершенствования методики расчета потерь в МС ИТ как при малых, так и при больших приращениях индукции. Вследствие сложности разработки точной методики расчета, а также влияния многочисленных трудноучитываемых факторов целесообразно комплексное экспериментальное исследование потерь в магнитных материалах при импульс ном режиме и разработка на основе такого исследования соответствующего нормативного документа. 2,6. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ На основании рассмотрения особенностей импульсного режима можно считать, что пригодность магнитного материала для изготовления из него МС ИТ можно оценивать по значениям индукции насыщения, коэрцитивной силы, удельного электрического сопротивления,
0,1 0,2 0,4 1,0 2 k П 20 Ю ЮОмкс Рис. 2.11. Удельная энергия потерь в магнитных материалах 3425 (-0 и 34НКМП (---) для приращения индукции 3 Тл а также по возможности проката в виде тонких листов или лент. Из магнитных материалов, выпускаемых отечественной промышлен-40 Таблица 2.1. Характеристика электротехнических сталей и пермаллоев (ГОСТ 21427.1-83 и ГОСТ 10160-75)
гостью, в наибольшей мере пригодны электротехнические стали марок 3405-3408,-3421-3425 ГОСТ 21427.1-83 и пермаллои марок 50Н 34НКМП, 79НМ, 65НП, 38НС, 42НС, 50НПУ, 50НХС, 80НХС ГОСТ 10160—75. Характеристики некоторых из перечисленных магнитных материалов, чаще всего применяемых в ИТ, приведены в табл. 2.1. На основании данных таблицы по формуле (2.18) вычислена удельная энергия потерь при перемагничивании наиболее часто применяемых в ИТ магнитных материалов в функции длительности импульса и толщины ленты для близкого к максимальному возможному приращения индукций 3 Тл. Результаты вычислений представлены на рис. 2.11. Графики показывают, что с уменьшением длительности импульса потери быстро растут и снизить их можно, только уменьшая толщину ленты из магнитного материала. При большой частоте повторения и малой длительности импульсов мощность потерь может оказаться очень большой, что приведет к трудностям с охлаждением КС> В таких случаях целесообразно применение в МС пермаллоев марок 38НС, 42НС, 50НХС, 80НХС с относительно 41 0 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 35
|
