что такое насыщение магнитопровода
Что такое насыщение магнитопровода
Магнитная проницаемость и насыщение
Для лучшего понимания нелинейности магнитной проницаемости материала, ее можно отобразить в виде графика. Давайте поместим величину напряженности магнитного поля (Н), равную отношению магнитодвижущей силы (F) к длине материала, на горизонтальной оси графика. Не его вертикальной оси мы поместим величину магнитной индукции (В), равную отношению полного магнитного потока (Ф) к площади поперечного сечения материала. Таким образом, мы будем использовать напряженность магнитного поля (Н) и магнитную индукцию (В) вместо магнитодвижущей силы (F) и магнитного потока (Ф), в результате чего наш график будет независим от физических размеров тестируемого материала. Зачем мы это делаем? А затем, чтобы показать математическую зависимость между магнитодвижущей силой и магнитным потоком для любого фрагмента конкретного материала.
Для начала мы с вами будем увеличивать напряженность магнитного поля (увеличивать ток через катушку электромагнита ). В этом случае можно наблюдать увеличение намагниченности ( вверх и вправо) в соответствии с обычной кривой намагничивания :
Затем, мы прекратим подачу тока на катушку электромагнита и посмотрим, что происходит с намагниченностью (первую кривую при этом оставим на графике):
Когда напряженность магнитного поля достигнет нуля, величина магнитной индукции еще не будет нулем. Это говорит о том, что даже после выключения намагничивающего тока магнитное поле в железе остается. В данной точке сердечник нашего электромагнита действует как постоянный магнит. Теперь давайте подключим к катушке ток обратного направления:
Кривая намагничивания в этом случае будет идти вниз и влево до тех пор, пока железо не намагнитится до насыщения в противоположном направлении. Далее, мы снова прекратим подачу тока на катушку электромагнита, и посмотрим, что произойдет с намагниченностью:
И снова, когда напряженность магнитного поля достигнет нуля, величина магнитной индукции еще не будет нулем. В железном сердечнике останется магнитное поле, но его направление будет противоположно предыдущему аналогичному действию (обесточиванию катушки). Если мы вновь подадим ток положительного направления на катушку, то намагниченность достигнет своего пика в правом верхнем углу графика:
Для магнитных систем, как и для систем рулевого управления, гистерезис может быть проблемой. Если вы проектируете систему, нуждающуюся в точной величине магнитного потока при заданной величине тока, то гистерезис вполне может нарушить ваши планы. Аналогичным образом, система рулевого управления с люфтом неприемлема для гоночного автомобиля, нуждающегося в «точном» руле. Кроме того, попытки преодолеть остаточную намагниченность электромагнита обречены на неудачу, если для его питания используется переменный ток.
На этой странице порассуждаем о тороидальных магнитопроводах из ферритов, распылённого железа, электротехнической стали и их способности противостоять постоянному току.
Зависимость приведена при температуре изделия +25 гр.С.
Интересующие нас параметры из datasheet-а производителя:
Переходим к незамысловатым формулам!
Поскольку рабочий режим магнитопровода мы выбираем в линейной области петли гестерезиса, то в качестве значения µ можно использовать паспортную характеристику начальной магнитной проницаемости сердечника.
Теперь можно рисовать калькулятор для расчёта магнитной индукции в катушке с учетом выбранного типа сердечника и конкретного количества витков обмотки.
ТАБЛИЦА РАСЧЁТА МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ В КАТУШКЕ С ТОРОИДАЛЬНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ.
Давайте посчитаем этот параметр.
РАСЧЁТ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ СЕРДЕЧНИКА С ЗАЗОРОМ.
Таблица даёт приблизительную, но, в большинстве своём, приемлемую точность расчёта при величинах длины воздушного зазора 0,2-2 мм.
Определив ниже магнитную проницаемость сердечника с зазором, следует ввести это значение в предыдущий калькулятор и заново произвести вычисления магнитной индукции и индуктивности катушки.
Для наглядности приведу два графика петли гистерезиса Ш-образного ферритового сердечника марки N87 без немагнитного воздушного зазора и с зазором около 1 мм. Феррит ETD 59/31/22, достаточно крупный, с средней длиной магнитного контура le = 139 мм.
Механизмы влияния зазора у Ш-образных и тороидальных сердечников абсолютно идентичны.
Эквивалентная магнитная проницаемость сердечника с зазором уменьшилась и составила величину 160 единиц. Соответственно, уменьшился и наклон петли, позволяя сердечнику работать при гораздо больших значениях напряжённости магнитного поля вдали от области магнитной индукции насыщения сердечника.
А учитывая то, что значение напряжённости H прямо пропорционально, протекающему через катушку току, можно с уверенностью сказать, что область безопасных индукций теперь соответствует более чем на порядок большим токам в обмотке.
Линейная область петли гистерезиса также заметно увеличилась, что позволяет увеличить максимальные рабочие значения магнитной индукция в сердечнике вплоть до 0,85-0,9 от значения справочной характеристики Bнас (Bs).
Трансформаторы тока в переходных режимах
Измерительные трансформаторы являются неотъемлемой частью любой энергоустановки. С помощью измерительных трансформаторов осуществляется учет электроэнергии, измерения параметров сети, они являются первичными источниками сигнала для релейных защит, устройств телемеханики и автоматики. Мы уже затрагивали тему выбора трансформаторов тока в целях учета электрической энергии, сегодня уделим внимание общим принципам их классификации и конструкции, а также нормативно-технической базе в части обеспечения функционала релейных защит.
В первую очередь нужно отметить, что важным аспектом работы современных микропроцессорных релейных защит является их быстродействие, которое должно обеспечиваться не только собственными возможностями программно-технических комплексов устройств РЗА, но и возможностями первичных аналоговых преобразователей, таких как трансформаторы тока.
Токовые цепи релейных защит, как правило, питаются таким же образом, как приборы учета и устройства измерения — источником аналогового сигнала для них являются трансформаторы тока. Отличие состоит в условиях работы: измерительные приборы работают в классе точности при фактическом первичном токе, не превышающем номинального, тогда как устройства релейной защиты рассчитаны на работу в режимах короткого замыкания или перегрузки, когда фактический ток значительно превышает номинальный ток трансформатора. К тому же, такие режимы являются переходными — в составе первичного тока появляются свободные апериодические составляющие.
Как известно, работа трансформатора тока характеризуется уравнением намагничивающих сил: I1 • w1 + I2 • w2 = Iнам • w1
I1 — ток в первичной обмотке;
w1—количество витков первичной обмотки;
I2 — ток во вторичной обмотке;
w2 — количество витков вторичной обмотки;
Iнам — ток намагничивания.
Из приведенного выражения видно, что первичный ток трансформируется во вторичную обмотку не полностью — часть его уходит на формирование тока намагничивания, создающего рабочий магнитный поток в сердечнике ТТ (поток, формирующий ЭДС во вторичной обмотке, под воздествием которой там и протекает ток). Это происходит как в установившихся, так и в переходных режимах. В переходном процессе каждая составляющая, протекая по первичной обмотке трансформатора тока, делится на две части: одна трансформируется во вторичную обмотку, а вторая идет на намагничивание сердечника. В связи с тем, что скорость изменения апериодической составляющей гораздо меньше скорости изменения переменной составляющей, а периодическая составляющая плохо трансформируется во вторичную цепь и большая ее часть идет на насыщение сердечника. Это, в свою очередь, ухудшает трансформацию периодической составляющей во вторичную цепь и также повышает долю этого тока в токе намагничивания. Возникает так называемое, «подмагничивающее действие». Учитывая, что в сердечниках ТТ во многих случаях имеет место остаточная магнитная индукция, которая сохраняется в течение длительного времени (дни, недели и даже месяцы), наихудший режим работы возникает в случае, если остаточный магнитный поток в сердечнике совпадает по направлению с магнитным потоком, создаваемым апериодической составляющей тока намагничивания.
В результате трансформатор начинает работать в режиме насыщения, т.е. когда ток намагничивания растет значительно быстрее рабочего магнитного потока.
Все вышеописанное вносит искажения в величину и фазу вторичного тока, создавая тем самым погрешность (именно величина тока намагничивания определяет точность работы ТТ). И, несмотря на то, что в релейных защитах точность траснформации имеет гораздо меньшее значение, чем в измерительной технике, погрешности могут быть настолько велики, что могут вызвать существенную задержку срабатывания устройств РЗА, а также их ложное действие или отказ. Это особенно актуально для дифференциальных защит, т.к. вместе с токами намагничивания ТТ возрастают и токи небаланса в схеме защиты. Также ситуацию может ухудшить применение промежуточных быстронасыщающихся трансформаторов тока.
Существует несколько способов борьбы с остаточной намагниченностью сердечника, как с одной из основных причин возникновения насыщения. Один из методов — применение трансформаторов тока с сердечниками без стали, обладающих линейными свойствами. Но использование таких трансформаторов тока может быть весьма ограниченным, в связи с небольшой мощностью вторичных обмоток. Второй метод (наиболее распостраненный) — изготовление сердечников из электротехнической стали, имеющих немагнитные зазоры. Этот метод по сравнению с использованием сердечников без стали позволяет конструировать сердечники меньшего сечения. Однако в России трансформаторы тока с такими сердечниками не выпускались и не выпускаются. Нужно отметить, что европейские производители успешно производят такие изделия в вполне приемлемых габаритах, размещая в корпусе трансформатора как обмотки с привычными нам классами точности, так и специализированные обмотки для работы РЗА в переходных процессах. Почему же сложилась такая ситуация? Наверное, отнюдь не потому, что российские конструкторы гораздо хуже европейских знают свое дело и не потому, что эксплуатирующие организации не желают располагать таким оборудованием.
Рассмотрим действующую нормативную базу, регламентирующую производство трансформаторов тока. Действующий сегодня ГОСТ 7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия» включает в себя два класса точности релейных защит — 5Р и 10Р (пределы допускаемых погрешностей — см. Таблицу 1). Ни в одном из этих классов не нормируется работа ТТ в переходных режимах — указанные в ГОСТ погрешности имеют место при нормальных режимах и токе предельной кратности (также в установившемся режиме).
Таблица 1. Пределы допускаемых погрешностей вторичных обмоток для защиты в установившемся режиме при номинальной вторичной нагрузке
Что такое насыщение магнитопровода
Источники питания электронной аппаратуры, импульсные и линейные регуляторы. Топологии AC-DC, DC-DC преобразователей (Forward, Flyback, Buck, Boost, Push-Pull, SEPIC, Cuk, Full-Bridge, Half-Bridge). Драйвера ключевых элементов, динамика, алгоритмы управления, защита. Синхронное выпрямление, коррекция коэффициента мощности (PFC)
Обратная Связь, Стабилизация, Регулирование, Компенсация
Организация обратных связей в цепях регулирования, выбор топологии, обеспечение стабильности, схемотехника, расчёт
Первичные и Вторичные Химические Источники Питания
Li-ion, Li-pol, литиевые, Ni-MH, Ni-Cd, свинцово-кислотные аккумуляторы. Солевые, щелочные (алкалиновые), литиевые первичные элементы. Применение, зарядные устройства, методы и алгоритмы заряда, условия эксплуатации. Системы бесперебойного и резервного питания
Высоковольтные выпрямители, умножители напряжения, делители напряжения, высоковольтная развязка, изоляция, электрическая прочность. Высоковольтная наносекундная импульсная техника
Электрические машины, Электропривод и Управление
Электропривод постоянного тока, асинхронный электропривод, шаговый электропривод, сервопривод. Синхронные, асинхронные, вентильные электродвигатели, генераторы
Технологии, теория и практика индукционного нагрева
Системы Охлаждения, Тепловой Расчет – Cooling Systems
Охлаждение компонентов, систем, корпусов, расчёт параметров охладителей
Моделирование и Анализ Силовых Устройств – Power Supply Simulation
Моделирование силовых устройств в популярных САПР, самостоятельных симуляторах и специализированных программах. Анализ устойчивости источников питания, непрерывные модели устройств, модели компонентов
Силовые полупроводниковые приборы (MOSFET, BJT, IGBT, SCR, GTO, диоды). Силовые трансформаторы, дроссели, фильтры (проектирование, экранирование, изготовление), конденсаторы, разъемы, электромеханические изделия, датчики, микросхемы для ИП. Электротехнические и изоляционные материалы.
Интерфейсы
Форумы по интерфейсам
все интерфейсы здесь
Поставщики компонентов для электроники
Поставщики всего остального
от транзисторов до проводов
Компоненты
Закачка тех. документации, обмен опытом, прочие вопросы.
Майнеры криптовалют и их разработка, BitCoin, LightCoin, Dash, Zcash, Эфир
Обсуждение Майнеров, их поставки и производства
наблюдается очень большой спрос на данные устройства.
Встречи и поздравления
Предложения встретиться, поздравления участников форума и обсуждение мест и поводов для встреч.
Ищу работу
Предлагаю работу
нужен постоянный работник, разовое предложение, совместные проекты, кто возьмется за работу, нужно сделать.
Куплю
микросхему; устройство; то, что предложишь ты 🙂
Продам
Объявления пользователей
Тренинги, семинары, анонсы и прочие события
Общение заказчиков и потребителей электронных разработок
Обсуждение проектов, исполнителей и конкурсов
Насыщение сердечника
Здесь можно немножко помяукать 🙂
Re: Насыщение сердечника
Пн мар 06, 2017 22:06:33
Прошу прощения за много сообщений но я похоже все понял. Смотрите. Чем больше сечение сердечника тем меньше количество витков требуется для той же индуктивности и индукция в нем меньше.
То же самое для трансформатора. Только там с увеличением частоты габаритная мощность увеличивается потому что для более высокой частоты требуется меньшая индуктивность первички а значит индукция в сердечнике при заданном токе меньше
Вот почему не кто так и не смог объяснить?
Величина плотности потока магнитной индукции в сердечнике расчитывается по следующей формуле:
B = 1000 * µ0 * µe * I * N/Le[мТ] (8)
После этого следует проверить не входит ли сердечник в насыщение. Зная величину индуктивности первичной
обмотки, максимальную длительность импульса и максимальное рабочее напряжение на первичной обмотке,
можно вычислить максимальный ток через индуктивность первичной обмотки ИИП (ток магнетизации):
Iмакс U * t / L = [A] (14)
Re: Насыщение сердечника
Пн мар 06, 2017 23:11:01
Re: Насыщение сердечника
Ср мар 22, 2017 19:55:45
Re: Насыщение сердечника
Чт мар 23, 2017 10:45:46
Re: Насыщение сердечника
Чт мар 23, 2017 17:30:30
Re: Насыщение сердечника
Сб авг 12, 2017 08:10:07
Re: Насыщение сердечника
Сб авг 12, 2017 08:26:06
Re: Насыщение сердечника
Сб авг 12, 2017 08:35:06
Re: Насыщение сердечника
Сб авг 12, 2017 08:50:15
Re: Насыщение сердечника
Сб авг 12, 2017 09:13:02
Re: Насыщение сердечника
Сб авг 12, 2017 09:21:06
Re: Насыщение сердечника
Сб авг 12, 2017 10:17:34
Re: Насыщение сердечника
Сб авг 12, 2017 10:33:17
Re: Насыщение сердечника
Сб авг 12, 2017 10:56:35
Re: Насыщение сердечника
Вс авг 13, 2017 08:03:15
Re: Насыщение сердечника
Вс авг 13, 2017 08:06:14
Re: Насыщение сердечника
Вс авг 13, 2017 08:31:50
Я уже советовал одному нашему участнику книгу, где на достаточно понятном уровне все эти премудрости расписаны с векторными диаграммами:
А.С. Касаткин, «Электротехника», Энергия, 1974 г.
Re: Насыщение сердечника
Вс авг 13, 2017 08:53:09
Re: Насыщение сердечника
Вс авг 13, 2017 08:55:14
Re: Насыщение сердечника
Вс авг 13, 2017 09:05:37
«Несимметричное» насыщение будет. Да и вообще, не к его вопросу относится, даже учитывая абсурдность того вопроса.
Пусть книгу почитает. Тот товарищ, которому я порекомендовал её, больше похожих вопросов не задает.