Потери в деталях электрических аппаратов

Потери в проводниках. Мощность Р, теряемая в проводнике при прохождении по нему электрического тока, будет

(3-1)

где I – действующий ток; R – сопротивление проводника.

При постоянном, токе R соответствует электрическому сопротивлению:

(3-2)

где ρ – удельное сопротивление; l и s – соответственно длина и поперечное сечение плодника.

При переменном токе потери получаются большими, чем при постоянном токе. Это возрастание потерь происходит за счет поверхностного эффекта, эффекта близости и учитывается коэффициентом дополнительных потерь k _д, равным сумме коэффициентов поверхностного эффекта k _п и эффекта близости k _б. Коэффициент дополнительных потерь всегда больше единицы, т. е.

k _д = k _п + k _б > 1 (3-3)

Сопротивление при переменном токе

(3-4)

называется активным сопротивлением.

Активное сопротивление – это некоторое фиктивное сопротивление проводника, которое, будучи помноженным на квадрат действующего тока, дает потери мощности, действительно имеющиеся при переменном токе.

Поверхностный эффект. Переменное магнитное поле, охватывающее проводник (рис. 3-1, а), обтекаемый переменным током, индуцирует в этом проводнике электродвижущую силу (ЭДС), направленную навстречу приложенному напряжению. Центральные слои проводника пересекаются большим магнитным потоком, чем наружные. Наводимая в центральных слоях противо-ЭДС будет большей, чем в наружных слоях. Это приведет к уменьшению плотности тока j в центральных слоях по сравнению с плотностью тока в наружных (рис. 3-1, б). Указанное физическое явление носит название поверхностного эффекта. Влияние этого явления воспринимается нами как увеличение сопротивления проводника, так как при одном и том же значении приложенного напряжения протекающий по проводнику переменный ток будет меньше, чем постоянный.

Рис. 3-1. КК пояснению явления поверхностного эффекта

Коэффициент поверхностного эффекта k _П растет с ростом частоты тока и удельной проводимости материала проводника, а также зависит от отношения периметра проводника к его сечению. При нагревании удельная проводимость падает, следовательно, снижается и влияние поверхностного эффекта. При большем диаметре проводника магнитный поток, пересекающий центральные слои, будет большим, следовательно, большими будут неравномерность распределения тока и коэффициент поверхностного эффекта.

Так как при переменном токе, а особенно при повышенной частоте, средняя часть сечения проводника плохо используется, то в этих случаях выгодно брать не сплошной круглый проводник, а полую трубу и применять проводники с возможно большим отношением периметра к сечению.

Рис. 3-2. К пояснению явления эффекта близости

1 – распределение тока при бесконечно большом расстоянии между шинами; 2 – то же, при близком расположение шин

Эффект близости. Возьмем два параллельных проводника, обтекаемых переменным током. В том случае, когда проводники обтекаются токами разных направлений (рис. 3-2. а), ближние слои (а, a ₁) проводников охватываются меньшим магнитным потоком (Ф₁.< Ф₂), чем удаленные слои (b, b ₁). Индуктивность слоев, охваченных меньшим, потоком, меньше: их сопротивление меньше сопротивления параллельных, более удаленных слоев. Плотность тока в ближних слоях будет большей (рис, 3-2, в). При токах одного направления (рис. 3-2, б) меньшим магнитным потоком охватываются более удаленные слои проводников (Ф₂<Ф₁). Плотность тока будет большей в удаленных слоях (рис. 3-2, г).

Эффект неравномерного распределения тока по сечению проводника, обусловленный близостью второго проводника с током, называется эффектом близости. Как и поверхностный эффект, он ведет к увеличению потерь мощности в проводнике, которые учитываются коэффициентом близости k _б.

Потери в деталях из магнитных материалов. В магнитных материалах, магнитопроводах, находящихся в переменном магнитном поле, возникают потери Р _СТ = Р _В + Р _Г, обусловленные появлением вихревых токов (Р _В) и явлением гистерезиса (Р _Г) соответственно. Потери приводят к нагреву магнитопровода.

Рис. 3-3. Схема возникновения вихревых токов (а) и направление шихтовых магнитопроводов

Схема возбуждения вихревых токов показана на рис. 3-3, а. Они индуцируются основным переменным магнитным потоком, охватывая его. В свою очередь, вихревые токи создают свои магнитные потоки, которые в каждый данный момент направлены навстречу основному потоку, ослабляя его. Для снижения потерь от вихревых токов магнитопроводы выполняют шихтованными (рис.3-3, б), т. е. наборными из электрически изолированных пластин толщиной 0,2 – 0,5 мм. Пластины располагаются вдоль магнитных линий, разрезая контур вихревого тока и увеличивая тем самым сопротивление ему, что приводит к снижению значения вихревого тока. Чем тоньше пластины, тем меньше вихревые токи.

Для уменьшения потерь от гистерезиса следует применять магнитомягкие стали, т. е. такие стали, которые имеют более узкую гистерезисную петлю.

Потери в магнитопроводах аппаратов при переменном потоке могут быть подсчитаны по формуле

(3-5)

где σ_В, и σ₁ – коэффициенты для потерь на вихревые токи и гистерезис; f – частота; В – индукция.

Дата добавления: 2014-10-15