9.6. Электромагнитные процессы в сердечнике ит

Все процессы, свойственные любым трансформаторам, присутствуют и в ИТ.

Основными особенностями работы ИТ являются высокая скорость электромагнитных процессов и несимметрия работы. В самом деле, ИТ передает импульсы одной полярности. Такая ассиметрия приводит к неполному использованию магнитных свойств сердечника ИТ.

Для рассмотрения процессов в сердечнике примем ряд допущений.

Примем равными нулю сопротивление обмоток, их паразитные емкости и индуктивности рассеяний, как элементы, не влияющие на электромагнитные процессы. Такие допущения позволяют рассматривать ИТ как реактивную катушку со стальным сердечником, на которую периодически воздействуют импульсы прямоугольной формы:

при ;

при

при

Сердечник имеет поперечное сечение S, длину средней магнитной линии , толщину листов и удельное сопротивление стали .Сталь имеет предельный статический гистерезисный цикл, приведенный на рис. 9.12.

Рисунок 9.12. Статическая характеристика намагничивания сердечника.

Известно, что приложенное к первичной обмотке ИТ напряжение уравновешивается индуктируемой в обмотке э.д.с.

(9.8)

где - индукция в сердечнике; ­ коэффициент заполнения стали.

Отсюда индукция:

(9.9)

,

где ‑ начальное значение индукции при t = 0. Его называют остаточной индукцией. При практических расчетах интерес представляет приращение индукции за время импульса:

.

(9.10)

поскольку при , то

, где .

(9.11)

Динамический процесс намагничивания сердечника приведен на рисунке 9.12. Каждый последующий импульс приводит к тому, что остаточная индукция ( повышается вплоть до . Далее ИТ имеет приращение индукции , определяемое заштрихованным циклом.

Напряженность магнитного поля связана с током намагничивания уравнением:

или .

(9.23)

Отсюда следует, что меняется в зависимости от индукции во времени по тому же нелинейному закону.

Использование сердечника ИТ по такому циклу крайне нерационально. Действительно, на переменном токе ,здесь же - не более .Для увеличения из уравнений следует, что необходимо увеличивать сечение сердечника и число витков.

Какие способы увеличения приращений индукции? Приняты два способа.

Во-первых, выполнение сердечника с зазором, при этом петля намагничивания "заваливается", т.е. при том напряжении удается увеличить на 30% ( > , рис. 9.13А).

Другой способ ‑ использование зарядного тока накопителя энергии (на рис. 9.13Б ‑ это формирующая линия ФЛ), который течет в противоположном направлении току намагничивания . Размагничивающее поле равно:

.

(9.24)

В ряде технологических устройств, где не важна полярность импульса, ИТ используют в режиме знакочередующегося трансформирования импульсов, т.е. поочередно разряжаются накопители, заряженные противоположно. В этом случае приращение индукции может достичь величины (см. рисунок 9.13А):

Рис. 9.13. Методы повышения остаточной индукции: А) использование сердечника с зазором, Б) размагничивание сердечника зарядным током.