Москатов Е.А. Источники питания (2011) (1096749), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Его можно характеризировать индукцией В, и напряженностью Н [125, с. 5]. Индукция отражает плотность магнитного потока [175, с. 61. Величины напряженности и индукции, которыми обладает магнитное поле, связаны друг с другом магнитной проницаемостью р, т.е. параметром, учитывающим среду, в которой находится поле, что видно из формулы: в = р р. н, где ро — магнитная постоянная вакуума. Если магнитная проницаемость вещества меньше единицы, то его называют диамагнетиком, а если несколько больше единицы — ларамагнетиком.
Материалы, магнитная проницаемость которых значительно или многократно превышает единицу, называют ферромагнетиками. К таким веществам относят же- 36 Компоненты источников питания лезо, никель, кобальт, а также многочисленные материалы, изготовленные на их основе, например: ферриты, пермаллои, трансформаторные стали и многие другие.
Существуют также антиферромагнетики, асперомагнетики, гелимагнетики, микгомагнетики, сперомагнетики и другие вещества, однако в источниках питания их используют крайне редко, и поэтому в данной книге они рассмотрены не будуг. Согласно гениальной догадке известного французского ученого Андре-Мари Ампера (Апг)ге Маг1е Атреге), магнитные свойства различных веществ являются порождением молекулярных токов, протекающих в материалах [175, с. 101. При этом Ампер полагал, что любой магнит состоит из большого количества маленьких магнитов. В дальнейшем было установлено, что эти молекулярные токи создают электроны. Электроны перемещаются не только вокруг ядра атома (т.е.
обладают орбитальным моментом), но и вращаются вокруг собственной оси (спиновой момент). Слово марш" в английском языке означает "поворот, вращение, кружение". Если спины подавляющего большинства электронов расположены в одном направлении, то вещество имеет ферромагнитные свойства. Если же спины одних электронов будут противоположны спинам других электронов, и таких взаимно скомпенсированных пар будет подавляющее большинство, то вещество не будет обладать ферромагнитными свойствами.
Таким образом, от ориентации спннов зависит поведение вещества в магнитном поле. Если ферромагнетик поместить в переменное магнитное поле, то при перемагничнванин различным значениям напряженности поля будет соответствовать меняющаяся величина индукции. Изменение индукции происходит по замкнутой кривой, которую называют петлей гиснгерезиса. Графическое представление петли гистерезнса показано на рис. 2.6. Рис.
2.6. Предельная петля гистерееиса Предположим, что напряженность увеличивается от нуля все больше и больше, индукция возрастает линейно, и зависимость практически линейна. При определенной величине напряженности рост индукции замедляется, начинается загиб кривой, которая перестает быть линейной. Прекращение возрастания индукции называется насыщением, а величина индукции, соответствующая этому моменту, — индукт1ией насыщения.
При еще большей напряженности индукция начинает очень медленно увеличиваться, что характерно для глубокого насыщения. При дальнейшем увеличении напряженности индукция продолжает медленно возрастать, однако это уже не имеет отношения к гистерезису. 2.3. Маточные компоненты 37 Площадь кривой гистерезиса отражает величину потерь в ферромагнетике. Чем шире петля гистерезиса, тем больше потери. Если снять магнитное поле, то индукция не станет равной нулю, а будет несколько больше нуля. Величина индукции, которой обладает ферромагнетик при отсутствии внешнего магнитного поля, называется остаточной индукцией. Для того чтобы размагнитить материал, требуется приложить внешнее магнитное поле, противоположное по направлению относительно предыдущего. Предельной петлей гистерезиса (см.
рис. 2.6) называют такую зависимость величины магнитной индукции от изменения напряженности поля, при которой напряженность поля меняется от +Ннас до -Ннас (в точке начала насыщения магнитопровода) и от — Нс до +Не. Частная петля гистерезиса расположена всегда внутри предельной петли гистерезиса. В тех моточных компонентах, магнитопроводы которых не входят в насыщение, перемагничивание сердечников происходит по частным петлям гистерезиса.
Рабочей индукцией называют максимальное значение магнитной индукции в частной петле гистерезиса. Величина частной петли гистерезиса зависит от намагниченности сердечника, от магнитной нагрузки на него. Если магнитопровод не входит в насыщение, то рабочая индукция всегда меньше индукции насыщения. В дальнейших темах будут описаны такие моточные компоненты как трансформаторы.
Пока достаточно знать, что при увеличении мощности нагрузки, подключенной к вторичной обмотке двухобмоточного трансформатора возрастет рабочая индукция частной петли гистерезиса магнитопровода. Если попробовать снимать чрезмерно большую для конкретного трансформатора мощность, то можно ввести его магнитопровод в насыщение.
При этом рабочая индукция станет равна индукции насыщения. Знание кривой гистерезиса конкретного материала позволяет сделать заключение о возможности применения его в источнике питания. 2.3.2. Представление о дросселях, трансформаторах и о принципе их действия Мопточные изделия — это компоненты, которые выполняют путем укладки обмоток. Обмоткой называют совокупность витков провода, основным параметром которой является индуктивность, и по которой протекает электрический ток. Обмотку, к которой подводят ток, будем называть первичной, а обмотки, с которых снимаем или можем снимать ток, — вторичными.
Обмотки могут быть расположены или не распложены на магнитопроводе. Мигнитопровод — это изделие из вещества, способного переносить магнитный поток. Магнитный поток Ф можно вычислить по формуле Ф = бс В, где бс — площадь сечения, а  — магнитная индукция материала магнитопровода. Чем больше площадь сечения или индукция, тем больше магнитный поток. Если по обмотке пропускать переменный ток, то возникнет переменное магнитное поле. Чем больше сила тока, протекающего через витки обмотки, тем больше порожденное им магнитное поле, и тем больше магнитный поток.
Магнитный поток, определяемый током всех витков обмотки, называют потокосцеплением Ч', которой исчисляют в веберах. Если все витки обмотки одинаково воздействуют на поток, то формула потокосцепления имеет вид: Ч'=%.Ф=%.8с В,(Вб), где 1н' — число витков в обмотке. 38 Компоненты источников питания Если рассмотренную катушку индуктивности использовать в качестве индуктивного сопротивления, то получим простейший дроссель. Если на магнитопровод, кроме обмотки, по которой протекает перел<еннь<й ток, намотать дополнительную обмотку, то получим простейший трансформатор.
Замыкающийся в магнитопроводе магнитный поток взаимодействует с витками вторичной обмотки. При этом изменяющийся магнитный поток наводит в них ЭДС [64, с. 6], а найти величину ЭДС можно по формуле е= — %< <[Ф/<11, где Фт — это число витков во вторичной обмотке. Чем больше витков будет содержать вторичная обмотка, тем большая ЭДС в ней будет наведена, и тем большее будет на ней переменное напряжение. Если число витков в обмотках не одинаково, и к обмотке с большим числом витков прикладывают напряжение, то трансформатор называют понижающим.
Если прикладывают напряжение к обмотке с меньшим числом витков, то трансформатор называют ловышающия<. 2.3.3. Материалы магнитопроводов моточных компонентов Не всякий материал можно использовать в качестве магнитопровода. В выборе материала обычно помогает знание формы его кривой гистерезиса. Например, если кривая гистерезиса ферромагнетика имеет узкую вытянутую форму, то это указывает на то, что такой материал можно использовать в качестве магнитопровода ненасыщающегося трансформатора. Если кривая гистерезиса имеет прямоугольную форму, то такой материал можно использовать в магнитопроводе насышающегося трансформатора.
Магнитные материалы, которые используют для производства магнитопроводов, подразделяют на три категории: диэлектрические, полупроводниковые и проводниковые [125, с. 6]. К магнитно-диэлектрическим материалам относят альсиферы, пресспермы, карбонильное железо и другие вещества.
К магнитно-полупроводниковым материалам относят ферриты, а к магнитно-проводниковым — трансформаторную сталь, пермаллои, аморфные металлы. Магнитно-диэлектрические или, как их еще называют, порошкообразные материалы представляют собой результат прессования под высоким давлением диэлектрических и ферромагнитных порошков [175, с. 7].
Диэлектриком обычно выступает бакелитовая смола или стеклоэмали [125, с. 7]. В итоге каждая частичка ферромагнетика оказывается заключенной в оболочку из диэлектрического вещества, в результате чего велико электрическое сопротивление материала, широк диапазон допустимых рабочих частот и малы удельные потери на высокой частоте. Типичным представителем магнитных диэлектриков является альсифер.
Название данного материала — аббревиатура из первых букв латинских названий веществ, составляющих данный сплав: а[ипйпшш, з!1!с!вш, !еггиш. Отличительная особенность альсифера — отрицательный относительный температурный коэффициент магнитной проницаемости [125, с. 7] и возможность работы в сильных магнитных полях с напряженностью до 2000 Аlм и даже более при отсутствии выраженного насыщения [191, с. 37]. Благодаря первой особенности, альсифер можно использовать для температурной стабилизации индуктивности, а благодаря второй — применять его в высокочастотных дросселях, ток через которые может составлять от десятков до сотен ампер. Среди распространенных альсиферов отечественного производства можно выделить материалы марок ТЧК-55, ТЧ-60, ТЧ-90, ВЧ- 32 и др.
Их магнитная проницаемость зашифрована в обозначении и достигает не- 2.3. Моточные компоненты 39 сколько десятков. Например, для альсифера ТЧК-55 проницаемость составляет от 48 до 58 (примерно 55), для ВЧ-22 она может быть от 19 до 24 (примерно 22) и т.д. К типичным полупроводниковым магнитным материалам относят ферриты. Они напоминают керамику, имеют преимущественно черный цвет, хрупки и тверды. Их изготавливают из порошка, называемого шихтой, металла (обычно двухвалентного) и наполнителя путем прессования в формах и последующего спекания при температуре 800..1400 'С [125, с. 121.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
