Сердечники трансформаторов

Замечательной ос®бенностьк> ферритов является их высокое электрическое сопротивление, превышающее сопротивление металлических ферромагнетиков в 106—1015 раз. Эта особенность позволила разрешить казалось бы совершенно непреодолимую трудность, возникшую в технике высоких и сверхвысоких частот (ВЧ и СВЧ техника) в вопросе использования магнитных материалов. Дело в том, что в большинстве радиотехнических устройств, в которых применяются магнитные поля, для усиления этих полей в катушки с током помещают сердечники (магнитопроводы) из ферромагнитных материалов. При питании катушек постоянным током сердечники можно изготовлять из сплошного ферромагнетика, например железа, пермаллоя и др. При питании же переменным током, особенно повышенной частоты, такие сердечники уже непригодны, так как при перемагничивании в них возникают сильные вихревые токи, которые не только увеличивают потери энергии и снижают к. п. д. устройств, но и могут настолько нагревать сердечник, что устройство перестает работать или даже выходит из стрэя. Поэтому сердечники изготавливают из тонких листов и мелких частиц ферромагнетиков, изолированных друг от друга. Это позволило значительно уменьшить вихревые токи, но не сняло всех трудностей, связанных с потерями, скин-эффектом и т. д., особенно сильно проявляющихся на высоких и сверхвысоких частотах. Успех был достигнут лишь с разработкой ферритов, сочетающих в себе магнитные свойства ферромагнетиков с электрическими свойствами диэлектриков.

12-7. Магнитные сердечники, магнитопроводы, дроссели и трансформаторы......579

Терминология и основные параметры магнитных материалов (579). Ферритовые сердечники (580). Сердечники из магнитодиэлектриков (585). Магнитопроводы низкочастотных трансформаторов и дросселей (587). Обмотки трансформаторов и дросселей (591).

§ 12-7 Магнитные сердечники, магнитопроводы, трансформаторы 579

12-7. ЛИАГНИТНЫЕ СЕРДЕЧНИКИ, МАГНИТОПРОВОДЫ, ДРОССЕЛИ И ТРАНСФОРМАТОРЫ

§ 12-7 Магнитные сердечники, магнитопроводы, трансформаторы

§ 12-7 Магнитные сердечники, магнитопроводы, трансформаторы

§ 12-7 Магнитные сердечники, магнитопроводы, трансформаторы

§ 12-7 Магнитные сердечники, магнитопроводы. трансформаторы 587

§ 12-7 Магнитные сердечники, магнитопроводы, трансформаторы

§ 12-7 Магнитные сердечники, магнитопроводы, трансформаторы 591

§ 12-7 Магнитные сердечники, магнитопроводы, трансформаторы

Ферриты приготовляют из смеси, приближающейся к МеОегСЬ, в которую входят железо, никель, цинк, марганец и другие элементы. Основная область их применения — высокочастотная и импульсная техника: из ферритов делают сердечники трансформаторов, катушек, фильтров, антенн. В сильных полях и полях низкой частоты ферриты применять невыгодно, так как они имеют низкую намагниченность насыщения и сравнительно большую коэрцитивную силу; проницаемость ферритов не превышает нескольких тысяч, зато их удельное электрическое сопротивление на семь порядков выше, чем у сталей, благодаря чему влиянием,.вихревых токов можно во многих случаях пренебречь.

Условия работы трансформаторов напряжения соответствуют работе силовых трансформаторов в режиме холостого хода. Индукции, допускаемые в сердечниках трансформаторов напряжения, значительно меньше индукций, допускаемых в сердечниках силовых трансформаторов, вследствие чего ток намагничивания трансформаторов напряжения весьма мал и не оказывает существенного влияния на точность измерения. Сердечники трансформаторов напряжения изготовляются из стали высокого качества.

Для определения направления магнитных силовых линий кругового тока и соленоида пользуются «правилом буравчика», применяя его следующим образом: направление магнитных силовых линий совпадает с направлением поступательного движения буравчика, если вращательное движение его совпадает с направлением тока в витках ( 16). Если катушку с током разместить на сердечнике из ферромагнитного материала, то последний, намагничиваясь, создает собственное магнитное поле, которое, складываясь с магнитным полем катушки, создает сильное результирующее поле. Вот почему сердечники трансформаторов, электрических машин, электромагнитов, электроизмерительных приборов, электрических аппаратов выполняются из ферромагнитных материалов.

6. Закон магнитной цепи. Магнитной цепью называется путь, по которому замыкается магнитный поток. Сердечники трансформаторов, электрических машин, электромагнитов, электроизмерительных приборов вместе с воздушными зазорами и обмотками составляют магнитную цепь данного устройства. Подобно электрическому току в электрической цепи, магнитный поток проходит по магнитной цепи. Величина магнитного потока зависит от числа витков обмотки и тока в ней. Произведение тока / на число витков w, измеряемое в амперах, называется магнитодвижущей силой (МДС), которая обозначается буквой F.-

6. Вихревые токи. Известно, что при пересечении замкнутого проводника магнитными силовыми линиями в нем индуктируется ток. Токи, которые индуктируются в массивных металлических телах при пересечении их магнитными силовыми линиями, называются вихревыми токами (токами Фуко). Вихревые токи, являясь частным случаем индуктированных токов, подчиняются общим правилам и законам для токов. Вследствие возникновения вихревых токов в массивных проводниках, движущихся в магнитном поле (якори электрических двигателей) или находящихся неподвижно, но в переменном магнитном поле (сердечники трансформаторов, электромагнитов), выделяется (согласно закону Джоуля — Ленца) определенное количество тепла. Вихревые токи могут быть очень большими и сильно нагревать сердечники ма.шин< и аппаратов, что может привести к разрушению изоляции проводников и даже ее воспламенению. Устранить полностью вихревые токи нельзя, но уменьшить можно и нужно.

Для уменьшения вихревых токов якори генераторов, электрических двигателей, сердечники трансформаторов, электромагнитов делают не сплошными, а наборными из отдельных тонких (0,35—0,5 мм) штампованных листов стали, расположенных по направлению магнитных сило-

Магнитное поле проводника с током можно усилить, если проводнику придать форму витка ( 3.2). Несколько витков, свернутых спиралью, образуют соленоид ( 3.3). Магнитное поле соленоида можно в свою очередь усилить, если выполнить соленоид в виде кольцевой катушки (тороида) ( 3.4). Если обмотку с током разместить на сердечнике из ферромагнитного материала, то последний создает собственное магнитное поле, которое, складываясь с магнитным полем катушки, усиливает поле в 103—10е раз. Поэтому сердечники трансформаторов, электрических машин, подъемных электромагнитов, измерительных приборов и других электро-~магнитных аппаратов выполняются из ферромагнитных материалов.

Магнитной цепью называется путь, по которому замыкается магнитный поток и который содержит стальные сердечники вместе с воздушными зазорами и обмотки с токами. Сердечники трансформаторов, электрических машин, электромагнитов, электроизмерительных приборов вместе с воздушными зазорами и обмотками составляют магнитную цепь данного устройства. Примером простейшей магнитной цепи является тороид с обмоткой, обтекаемой током (см. 3.4).

Сердечники трансформаторов небольшой мощности имеют сечение прямоугольной формы ( 9.3, а); при средней и большой мощности для лучшего заполнения окна обмоток ферромагнитным материалом сечения стержней имеют многоступенчатую форму ( 9.3,6), а в последнее время — практически круглое сечение из пластин переменной ширины ( 9.3, в).

Потери на вихревые токи зависят от удельного сопротивления материала сердечника и от частоты магнитного поля. Чтобы уменьшить эту составляющую потерь, для сердечников применяют специальные трансформаторные стали с большим удельным сопротивлением. Кроме того, сердечник изготавливают из тонких листов, изолированных друг от друга. Чем выше частота тока, тем больше потери на вихревые токи, поэтому сердечники трансформаторов, работающих на высоких частотах, делают из более тонкого материала.

шего охлаждения сердечники и обмотки мощных трансформаторов погружаются в бак, наполненный маслом. Сердечники трансформаторов состоят из стержней, на которых размешаются обмотки, и ярм, служащих для проведения потока между стержнями. Различают два