1.2.2.2 Потери в нетоковедущих ферромагнитных деталях аппаратов

При переменном токе появляются активные потери в конструктивных ферромагнитных деталях, расположенных в переменном магнитном поле. Переменный магнитный поток пересекает ферромагнитные детали и наводит в них вихревые токи, которые нагревают эти детали до высоких температур и создают дополнительные потери энергии.

Направление вихревых токов в ферромагнитных деталях аппаратов таково, что создаваемые ими магнитные потоки противодействуют изменению основного потока. Из-за размагничивающего действия вихревых токов магнитный поток по сечению ферромагнитной детали распределяется неравномерно, причем магнитная индукция минимальна в центре ферромагнитной детали и достигает наибольшего значения на ее поверхности.

Если в качестве ферромагнитной детали аппарата рассматривать массивный цилиндрический стержень, то удельная мощность потерь в нем определяется по выражению [2]:

, (1.6)

где  - удельное сопротивление материала стержня, Ом·мм²/м; f – частота переменного тока, Гц; B_m – магнитная индукция, Т; F_уд – МДС на единицу длины стержня, А/см; P_уд – мощность потерь на 1 см² поверхности, Вт/ см².

Аналогичные потери возникают, если вблизи проводника с током расположены массивные ферромагнитные детали. Чем ближе такая деталь к проводнику, тем больше пронизывающий ее магнитный поток, тем больше потери.

Для уменьшения потерь в магнитопроводах аппаратов они выполняются шихтованными из листов электротехнической стали толщиной 0,2 - 0,5 мм, тщательно изолированных друг от друга. Кроме потерь от вихревых токов возникают дополнительные потери на перемагничивание ферромагнитного материала за счёт гистерезиса.

Полные потери в стали магнитопровода P_ст на гистерезис и вихревые токи могут быть определены из выражения

, (1.7)

где B_m ‑ максимальное значение магнитной индукции в магнитопроводе, Т; _Г и _В ‑ коэффициенты потерь от гистерезиса и вихревых токов; G ‑ масса магнитопровода, кг; f ‑  частота переменного тока, Гц.

Для применяемых в электрических аппаратах трансформаторных сталей , .

Для уменьшения потерь в массивных ферромагнитных деталях применяются следующие методы:

• увеличивается расстояние от проводника с током до ферромагнитной детали;

• на пути магнитного потока вводится немагнитный зазор;

• на пути потока устанавливается короткозамкнутый виток, который создаёт дополнительное магнитное сопротивление, уменьшающее магнитный поток;

• при номинальных токах выше 1000 А конструкционные детали изготавливаются из немагнитных материалов: алюминиевых сплавов, латуни, немагнитного чугуна и др.

1.2.2.3 Потери в диэлектриках

В аппаратах переменного тока высокого напряжения помимо потерь в проводниковых и ферромагнитных материалах необходимо учитывать потери в изоляции проводов и изолирующих деталях, которые могут быть определены по выражению

, (1.8)

где C - ёмкость изоляции, Ф; U - действующее значение напряжения, В; tg ‑ тангенс угла диэлектрических потерь в изоляции.

Изоляция аппарата нагревается за счет, как этих потерь, так и потерь в токоведущей цепи.