Файл: Туровский Я. Техническая электродинамика.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 265

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Потери мощности в массивном стальном элементе со­ гласно (3-10а) определяют напряженностью магнитного

ноля на его поверхности H s w m или пропорциональным

ей

магнитным

потоком

Ф-алт,

сосредоточенным вблизи

по­

верхности массивной

плиты.

 

 

 

Ввиду

отсутствия

вихревых токов в экране

напря­

женность магнитного

поля

внутри шихтованного

экрана

Не одинакова на всей его толщине и равна значению на

его поверхности ( H s m = H e =

H s w m

= F i m ) .

Учитывая это и

(4-6), можно сделать следующие выводы:

 

 

 

 

1.

Если н. с. Fim, действующая

вдоль

исследуемого

элемента, постоянна, то потери

в

массивном

стальном

элементе останутся после -экранирования

такими

же, ка­

кими они были перед экранированием. Экран

в

таком

случае не дает никакого эффекта,

кроме

увеличения

результирующего потока Ф 1

т (рис. 4-4).

 

 

 

 

2.

Если результирующий

поток

Ф 1 т а в

рассматривае­

мом элементе после экранирования остается таким же,

как и до него, то потери

мощности

в результате

экрани­

рования уменьшатся

в отношении,

выраженном

коэффи­

циентом магнитного

экранирования:

 

 

 

2

Re

 

 

 

 

 

 

 

 

ф.

 

Re -f-

Rw

 

_

 

 

I

 

(4-11)

 

 

 

 

 

l + ( l + ; ) i M f / g ~

Это и есть отношение потерь мощности в экраниро­ ванной плите к потерям в неэкранированном массивном полупространстве, расположенном в поле, параллельном его поверхности. Подставляя в (4-11) обозначение (4-10а) и определяя модуль комплексного знаменателя, получаем:

р м = ; 2/j(]/2 + cdf + сЧ%

(4-11а)

где d — толщина экрана.

Формулу (4-11а) можно применять как для слоистого экрана, составленного из п листов электротехнической стали, параллельных экранируемой поверхности, так и для шихтованного экрана, составленного из полос транс­

форматорной

стали шириной d, расположенных ребром

к массивной

стене.

166


Для

технических

целей достаточно предположить,

что ц, и

у постоянны.

Полагая, что средние значения

равны; удельная электрическая проводимость массивной стали у = 8 • 10е См/м; проницаемость стали экрана \ie

— 1 ООО • 4п • Ю - 7

Г/м;

проницаемость

внутреннего

мас­

сивного

пространства

|.iw =400 • 4тт, • Ю - 7

Г/м; частота

по­

ля / = 50 Гц, получаем согласно (4-10а)

 

 

 

 

с=

 

1 000-4*• 10-'1/2*-50-8.108 /(400-4*- Ю)~7

=

 

 

 

 

 

 

 

= 2,82 - ЮЧ/м .

 

 

 

 

На

рис. 4-5

приведен

 

график коэффициента рм для

постоянной

с = 2,82-Ю3

1/м. Заметим,

что если

экраны

выполнены

из

трансфор-

 

 

 

 

 

маторнои стали

толщиной

 

 

const

 

 

0,35 мм, то для одного

0,5

 

 

 

 

листа

безразмерный

ко­

 

 

 

 

эффициент

cd

будет

ра­

 

 

 

 

 

вен

 

cd = 2,82 • 103 - 0,35 X

 

 

 

 

 

Х Ю ~ 3

~ 1 ,

а для

п

ли­

0,3

 

 

 

 

стов — числу

листов

 

в

 

 

 

 

экране

(cd=n).

При

та­

 

 

 

 

 

ком допущении

(4-11а)

 

 

 

 

 

приобретает вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р м

=

2/[(1/2+

 

 

 

 

 

 

cd

 

+

//)2 +

//2 ]

~

1//?Л

 

 

 

 

 

 

 

E

<• 6 8 10 IB П 16 IS 20

 

 

 

 

 

 

(4-116)

 

 

 

 

 

 

 

Число

листов(0,35мм)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Формулы (4-11) сле­

Рис. 4-5. Коэффициент идеального

дует

рассматривать

как

магнитного экранирования.

 

соответствующие

идеаль­

Уменьшение

потерь в массивной

стальной плите в зависимости от

ному экранированию,

ког­

числа

листов

трансформаторной

да

магнитный

поток

па­

стали толщиной 0,35 мм в про­

раллелен

 

поверхности

дольном экране.

 

 

экранирования.

В

реаль­

 

 

 

 

 

ных

конструкциях

поток

 

 

 

 

 

рассеяния либо его часть входит часто в экран перпен­ дикулярно поверхности, что в случае листовых экранов вызывает значительное увеличение рм в результате реак­ ции вихревых токов (кажущееся уменьшение це ).

167


4-3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЭКРАНЫ. ВОЛНОВОЙ МЕТОД РАСЧЕТА

Электромагнитные экраны можно рассчитывать раз­ личными методами. Это вытекает из возможностей раз­ личного толкования основного уравнения (2-41). Наибо­ лее общий метод решения этой задачи основан на фор­ мальном решении (2-43) для всех слоев системы и определении постоянных интегрирования исходя из гра­ ничных условий (2-101) — (2-104). Этот метод имеет фор­ мально математический характер и будет использован ниже.

Волновой метод расчета экранов при математической точности непосредственного метода дает наглядную фи­ зическую картину электромагнитных процессов, происхо­ дящих в металлах и на их поверхности. Благодаря это­ му простой качественный анализ волновых процессов позволяет получать практические выводы, полезные для конструктора, и не требует проведения затруднительных расчетов или моделирования.

1. Проницаемый

экран

при

одностороннем

падении

волны

 

 

 

 

 

Этот вопрос

решим

с помощью волнового

метода

расчета

электромагнитных

процессов в

металлах

[Л. 1-28].

Рассмотрим бесконечный проницаемый плоский экран

с комплексным волновым

сопротивлением

материала

(2-90) Z2 , окруженный с обеих сторон двумя

различными

средами

с комплексными

волновыми сопротивлениями

Zi и Z 3

(рис. 4-6). Положим, что на экран

падает с од­

ной стороны плоская электромагнитная волна перпен­ дикулярно к его поверхности.

Этот случай относится к таким конструкционным эле­ ментам, как стенки баков трансформаторов, а также замкнутые экраны из цветных металлов, накладываемые на стальные элементы с целью уменьшения в них потерь от вихревых токов. Электромагнитная волна, проникаю­ щая в проводящую стенку, затухает в ней под влиянием реакции вихревых токов согласно (2-88):

Н m

тп

I

168


Эта волна, встречая на своем пути поверхность

среды

с иным волновым сопротивлением, отражается

от нее

согласно граничным условиям (2-107) и (2-108) с комп­

лексными

коэффициентами

 

отражения

(рис. 4-6):

от

поверхности 2: M2 =

 

Hmo^2/HmDaA2=:

 

=

-^тотрг/^тиадг =

=

(^а

Z3 )/(Z2

-f- Z3 );

(4-12)

от

поверхности /: М1 =

Я т о т р , / Я т п а Д 1 =

 

= =

^moTPi/^mnafli =

=

(Z2

Zl)j(Z3

-*}- Zj),

j

где волновое сопротивление металла согласно (2-90)

Z M e T = а/у = (1 + /) k/y,

а диэлектрика согласно (2-79)

2 Д И Э Л = К1А /5 -

Так как проницаемость в этих формулах всегда стоит под корнем, можно в первом приближении считать, что волновое сопротивление постоянно и не зависит от насы­ щения стали. Волны эти, отражаясь, не изменяют осей

векторов,

 

а

только

мо­

 

 

 

гут

изменять

их

знак,

 

 

 

поэтому

вместо

соот­

 

 

 

ветствующих

 

векторов

 

 

 

Е т

и Н т

 

можем

 

рас­

 

 

 

сматривать

только

их

 

 

 

векторные

модули.

 

 

 

 

На рис. 4-6

показа­

 

 

 

ны

схематически

 

оги­

 

 

 

бающие

 

 

амплитуды

 

 

 

магнитной

 

составляю­

 

 

 

щей

волны,

проникаю­

 

 

 

щей

в

экран

 

сквозь

 

 

 

плоскость

г = 0,

а

так­

 

 

 

же

ее

отражений

от

 

 

 

граничных

 

поверхно­

 

 

 

стей. Здесь

Hmsi озна­

 

 

 

чает

 

максимальное

 

 

 

значение

 

(во

времени)

 

 

 

напряженности

 

маг­

 

 

 

нитного

 

поля,

прони-

Р и с - 4 '6 - ?тражения

магнитной

со-

 

 

 

 

 

'

г

 

ставляющеи электромагнитной

вол-

кающего

 

сквозь

 

эту

Н Ы ) проникающей в

экран с одной

поверхность

в

точке

стороны.

 

 

169