Дроссель в насыщенном магнитном состоянии

Дросселем называют электротехническое устройство пе­ременного тока, состоящее из обмотки и стального магни-топровода с регулируемым воздушным зазором δ (рис. 8.1). Наличие зазора позволяет изменять магнитное со­противление магнитной цепи, а следовательно, и ин­дуктивность L обмотки. При этом полное сопротивле­ние дросселя = также изменяется, что приводит к изменению тока в цепи и напряжения на элементе с сопротивлением Z. Магнитное сопротивление цепи и индуктивность обмот­ки можно изменять и при замкнутой магнитной цепи. С этой целью на магнито-проводе размещают дополни­тельную обмотку постоянно­го тока, предназначенную для подмагничивания стального сердечника. Это устройство называют дросселем насыще­ния (рис. 8.2).

Рассмотрим подробнее про­цессы, протекающие в дроссе­ле насыщения. Обмотку , на которую подают синусоидаль­ное напряжение (на рис. 8.2 комплексное напряжение U), называют рабочей обмоткой.

Последовательно с ней включают нагрузку (электроприемник) с сопротивлением Zн. Ток |_р в рабочей обмотке зависит от напряжения U, сопротивления нагрузки Zн и сопротивления Zp самой обмотки. Обмотку с числом витков Wy, которую подключают к источнику постоянного напряженияUy называют об моткой управления. Токуправления Iy в ней можно изменять с помощью резистора с сопротивлением Ry.

При отсутствии тока в обмотке управления режим аналогичен режиму холостого хода трансформатора, когда магнитный поток в магнитопроводе определяется только магнитодвижущей силой первичной обмотки. Поэтому ток в рабочей обмотке является током холостого хода , значение которого мало. Если пренебречь активным сопротивлением рабочей обмотки Rp, то:

,

Где Rн – активное сопротивление нагрузки; - индуктивные сопротивления нагрузки и рабочей обмотки соответственно.

Сопротивление = определяется индуктивностью рабочей обмотки, прямо пропорциональной магнитной проницаемости . Так как магнитопровод работает в ре­жиме, соответствующем начальной (линейной) части кри­вой намагничивания, то его магнитная проницаемость и сопротивление Х_р велики. При этом .

Ток в рабочей обмотке и электрояриемнике (нагруз­ке), а также мощность элек­троприемника Р_н ⁼ очень малы. На рис. 8.3 по­казано изменение синусои­дального магнитного пото­ка Ф-1, создаваемого рабочей обмоткой в этом режиме, и тока холостого хода (), найденное с помощью кривой намагничивания. Ток изменяется по синусоидальному закону, так как дроссель работает в начальной линейной части кривой намагничивания.

Обмотку управления выполняют из большого числа витков, чтобы при небольшом токе управления Iy со­здать достаточный магнитный поток. Если обмотку уп­равления подключить к источнику постоянного напря­жения U_у, то в ней появится ток I_У. При этом МДС I_vw_y обмотки управления создаст в магнитопроводе дросселя постоянный магнитный поток подмагничивакия Ф_. Маг­нитное состояние магнитопровода, обусловленное магни­тодвижущей силой обмотки управления, может опреде­ляться любой точкой на кривой намагничивания (рис. 8.3) от точки 0 до точки 2.

Если обмотка управления создает такую напряжен­ность магнитного поля Н_, что магнитное состояние маг­нитопровода определяется точкой 2, расположенной на участке насыщения кривой намагничивания, то магнит­ная проницаемость µ = В/Н магнитопровода резко пада­ет (рис. 8.4а). С уменьшением магнитной проницаемо­сти уменьшаются индуктивность рабочей обмотки и ее индуктивное сопротивление. При неизменном сопротив­лении нагрузки Zн происходит перераспределение паде­ний напряжения: U = Up + Uн,

где Up = jXp I p — падение напряжения на рабочей обмот­ке дросселя насыщения; Uн= Zн *Iн - падение напряже­ния на нагрузке.

В режиме постоянного подмагничивания в связи с уменьшением магнитной проницаемости µ имеет место соотношение Х_р «Z_H. Поэтому падение напряжения Up на рабочей обмотке при U = const становится незначительным, а Uн . Для рабочей обмотки (при Rp=0) можно считать, что Up= Ep= 4,44*f* . Так как напряжение Up резко уменьшается, то уменьшается и переменный магнитный поток, создаваемый рабочей об­моткой (на рис. 8.3 он обозначен как Ф~₂ и сложен с потоком Ф- обмотки управления). Ток i_Р2 в рабочей об­мотке в этом режиме может быть найден графическим построением (см. рис. 8.3).

Из зависимости i_p2 = f(t) видно, что ток в рабочей обмотке и в нагрузке значительно увеличивается и ста­новится несинусоидальным, причем степень несинусоидальности зависит от характера кривой намагничивания. Если увеличивать I_У (рис. 8.4б) от нуля до номинального значения, то действующее значение эквивалентного си­нусоидального тока I_Р в рабочей обмотке увеличивается от значения тока холостого хода I_ро до максимального, значения, определяемого соотношением: Ip= U/Zн.

Таким образом, изменяя весьма малый (десятки мил­лиампер) ток Iy, в обмотке управления, оказывается воз­можным изменять большой по значению рабочий ток или напряжение на нагрузке.

43. Простейший магнитный усилитель.

Итак, дроссель насыщения выполняет функцию усилителя тока и мощ­ности нагрузки. При этом ток управления I_У играет роль входной величины, а рабочий ток I_Р — выходной. Одна­ко дроссель насыщения имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что переменная составляющая магнитного потока рабочей обмотки, замыкающаяся по магнитопроводу, индуцирует в обмотке управления пе­ременную ЭДС, как и во вторичной обмотке трансформа­тора. Эта ЭДС создает переменный ток в цепи управле­ния, что приводит к искажению процессов, рассмотрен­ных ранее, и к искажению входного сигнала.

Для устранения этого недостатка простейший маг­нитный усилитель делают с двумя магнитопроводами (рис. 8.5). Обмотка управления _у охватывает внутрен­ние сердечники, поэтому магнитный поток подмагничи-вания Ф_ в обоих магнитопроводах всегда одинаков. Рабочую обмотку разделяют на две равные части, каждую из которых размещают на одном магнитопроводе. Эти части включены между со­бой последовательно таким образом, чтобы создаваемые ими переменные магнитные потоки Ф~ в каждый момент времени во внутренних сер­дечниках были направлены в противоположные сторо­ны. При этом суммарный переменный магнитный по­ток, сцепленный с обмоткой управления, равен нулю и, следовательно, в ней не бу­дет индуцироваться пере­менная ЭДС.

На рис. 8.6 приведена принципиальная схема про­стейшего магнитного уси­лителя. Здесь, как и в дрос­селе насыщения, ток в ра­бочей обмотке зависит от тока управления I_У аналогично тому, как показано на рис. 8.46. Эту зависимость называют нагрузочной ха­рактеристикой магнитного усилителя.

Коэффициентом усиления магнитного усилителя по мощности называют отношение приращения мощности Р_ВЫХ на выходе усилителя (в приемнике) к приращению мощности Рвх на его входе (в цепи управления):

(8.1) ,

>

где Р_н — мощность нагрузки при токе управления I_у > 0; Р_но — мощность нагрузки при I_у = 0; Р_у — мощность обмотки управления.

Магнитный усилитель имеет ряд достоинств по срав­нению с другими видами усилителей. К ним относятся высокая надежность работы, большой срок службы, от­сутствие движущихся частей.

Простейший магнитный усилитель, изображенный на рис. 8.5, имеет недостатки. Одним из основных недостатков такого усилителя является небольшой коэффициент (обычно При постоянных напряжениях обмотки управления Uy = Uвх и нагрузки Uн = Uвх коэффициент усиления (8.1) по мощности пропорционален коэффициенту усиления по току, который тем больше, чем больше угол наклона нагрузочной характеристики к оси абсцисс (см. рис. 8.4). К другим недостаткам относятся независимость рабочего тока от полярности тока управления (см. рис. 8.4) и наличие тока холостого хода Ipo (тока в рабочей обмотке при отсутствии тока в обмотке управления).

Все недостатки простейшего магнитного усилителя можно устранить, применяя дополнительные обмотки и видоизменяя схему усилителя).

Дата добавления: 2015-05-06