24 (338)

scan & up specjalnie dla Za Friko www.za-friko.com Nie zapomnij nas odwiedzić

Straty i ograniczenia - Wykład 5

a)

Rys. 35

<D, strumień	k. ' . ^1 ■ i / ^1 I 1
	prąd

nasycenie

prąd

nasycenie

Rys.

prąd

Właściwości rdzenia

-    .nasycenie

Przypomnijmy: straty w żelazie są niewielkie, więc teoretycznie nawet mały rdzeń mógłby „przenieść” dużą moc pod warunkiem... no właśnie, trzeba byłoby tylko zminimalizować rezystancję obu uzwojeń, by zmniejszyć zastępczą rezystancję strat R_w. Intuicja słusznie podpowiada, że uzwojenie o małej rezystancji powinno składać się z:

-jak najmniejszej liczby zwojów,

-    nawiniętych jak najgrubszym drutem.

A jeśli w niewielu zwojach miałoby się indukować potrzebne napięcie, to oczywiście strumień magnetyczny powinien być odpowiednio silny. Zwróć uwagę, bo mamy tu bardzo ważny szczegół: chcemy zwiększać strumień magnetyczny nie bezpośrednio ze względu na moc, tylko dlatego, by w niewielkiej liczbie zwojów wykonanych z grubego drutu zaindukowały się potrzebne napięcia.

Teoretycznie moglibyśmy zastosować mały rdzeń, małą liczbę zwojów i pracować przy dużym strumieniu w rdzeniu. W teorii nie ma problemu, ale w praktycznie stosowanych

strumień	nasycenie
M	-—-=^^> I
-► prąd

b)

prąd

rdzeniach przy zbyt silnym strumieniu pojawia się zjawisko tzw. nasycenia. Z grubsza biorąc, nasycenie rdzenia w cewce polega na tym, że wzrost prądu w uzwojeniu nie powoduje już dalszego wzrostu strumienia. Jest to zilustrowane w dużym uproszczeniu na rysunku 35a, gdzie dotyczy prądu stałego. Ale taka zależność obowiązuje też przy prądzie płynącym w przeciwnym kierunku, a więc także przy prądzie zmiennym - rysunek 35b. Prąd zmienny o niezbyt dużej wartości powoduje proporcjonalne zmiany strumienia, jak pokazuje rysunek 36a. Jednak duże zwiększenie wartości prądu spowoduje nasycenie i zwiększanie prądu nie będzie już powodować zwiększania pola magnetycznego. Przebieg zmian strumienia będzie odkształcony, jak przedstawia w dużym uproszczeniu rysunek 36b.

Uproszczone przebiegi z rysunku 36 dobrze pokazują podstawowy problem, ale w rzeczywistości takie charakterystyki magnesowania rdzenia nie tylko są nieliniowe, ale też występuje tam zjawisko histerezy. Histereza objawia się jako swego rodzaju pamięć; mianowicie po namagnesowaniu i zaniku prądu materiał rdzenia zapamiętuje ostatni stan i pozostaje w pewnym stopniu namagneso-

strumień w rdzeniu

wany. Dopiero przepływ prądu w przeciwnym kierunku spowoduje rozmagnesowanie i magnesowanie w przeciwnym kierunku. Charakterystyki magnesowania magnetycznego rdzenia w transformatorze wyglądałyby w dużym uproszczeniu jak na rysunku 37. Charakterystyka magnesowania rdzenia ma kształt swego rodzaju pętli, a jej szerokość (szerokość pętli histerezy) zależy od materiału rdzenia i jest związana z wielkością strat „w żelazie”. Czym szersza pętla histerezy, tym większe są te straty.

W praktyce kształt takich charakterystyk jest bardziej zaokrąglony, a osie takich charakterystyk są inaczej opisane (H, B). Przykładowe charakterystyki różnych materiałów magnetycznych zamieszczone są na rysunku 38.

Na razie nie będziemy wchodzić w dalsze szczegóły, tylko przypomnimy jeszcze raz kluczową informację: nie możemy dowolnie zwiększyć strumienia - ograniczeniem są właściwości rdzenia, a zwłaszcza jego nasycenie, czyli utrata proporcjonalności między płynącym prądem, a wytwarzanym przezeń strumieniem.

Strumień i gęstość strumienia

Ujmując rzecz nieco ściślej: problemem jest ograniczona gęstość strumienia, co możemy rozumieć jako liczbę linii pola magnetycznego, przypadającą na jednostkę powierzchni poprzecznego przekroju rdzenia. Po przekroczeniu pewnej gęstości strumienia w rdzeniu wzrost prądu w cewce nie powoduje już zwiększenia liczby linii sił pola, jak w uproszczeniu ilustruje rysunek 39. Co ważne, dla każdego materiału magnetycznego rdzenia istnieje jakaś maksymalna gęstość strumienia (liczba linii pola na jednostkę przekroju poprzecznego), której nie da się przekroczyć. Podkreślam jeszcze raz, że problemem jest nie tyle całkowity strumień, co gęstość strumienia, czyli liczba linii pola na jednostkę powierzchni przekroju poprzecznego rdzenia (O/S) - patrz rysunek 40. Parametr ten nazywamy indukcją.

28 Listopad 2010 Elektronika dla Wszystkich