3.3.2 Електричні кола змінного струму з нелінійною індуктивністю. Дроселі. Магнітні прискорювачі.

В якості нелінійної індуктивності використовують котушку індуктивності з феромагнітним осердям (рис. 3.17).

Рис. 3.17 Котушка з феромагнітним осердям

Якщо коло живиться від джерела синусоїдної напруги, а активний опір і індуктивність розсіяння котушки незначні, то вся прикладена напруга урівноважується ЕРС самоіндукції , що створюється змінним магнітним потоком Ф в осерді:

, (3.19)

де – кількість витків обмотки.

При синусоїдній напрузі магнітний потік Ф і ЕРС також синусоїдні, але магнітний потік відстає на від потоку Ф:

, (3.20)

де .

Діюче значення ЕРС в котушці:

. (3.21)

Феромагнітне осердя виконують з магнітом'якого матеріалу. Електричну схему котушки зображено на рис. 3.18.

Рис. 3.18 Схема котушки з феромагнітним осердям

Рівняння електричного стану має вигляд:

. (3.22)

Котушку індуктивності з феромагнітним осердям, що має повітряний зазор називають дроселем. Дросель використовується як індуктивний опір в електричних колах та фільтрах.

Згідно закону повного струму для магнітного кола дроселя:

, (3.23)

де – напруженість магнітного поля відповідно в повітряному зазорі та осерді; – довжина повітряного зазору та осердя.

Підставляючи значення:

(3.24)

. (3.25)

Вважаючи, що рівні нулю, отримаємо:

. (3.26)

Індуктивність дроселя визначаємо за формулою:

. (3.27)

Оскільки , то в певному діапазоні зміни можна вважати, що:

. (3.28)

Із зміною змінюється і струм у колі І, тобто регулюючи повітряний зазор в дроселі можна регулювати струм в електричному колі змінного струму.

Індуктивний опір, створений котушкою з феромагнітним осердям, можна змінювати підмагнічуванням осердя за допомогою обмотки, яку підключають до керованого джерела постійної напруги. Такий пристрій називають дроселем з підмагнічуванням.

Якщо знехтувати потоками розсіювання та втратами в осерді, то для кола змінного струму дроселя з підмагнічуванням рівняння електричного стану для миттєвих значень має вигляд:

. (3.29)

Звідки:

, (3.30)

де е_др – ЕРС самоіндукції, створена зміною магнітного поля в осерді на ; – повний опір котушки та навантаження; – кількість витків обмотки змінного струму.

Змінюючи підмагнічуючий постійний струм, можна регулювати в широкому діапазоні змінний струм. Це використовують в магнітних підсилювачах.

Магнітним підсилювачем називають пристрій, що служить для регулювання струму в колі навантаження шляхом підмагнічування феромагнітного осердя постійною МРС (рис. 3.19).

Рис. 3.19 Магнітний підсилювач

Основними елементами магнітного підсилювача є два замкнених однакових магнітних осердя з декількома обмотками. В магнітних підсилювачах використовують осердя у вигляді стрічки (прямокутної чи кільцевої) з магнітом'якого матеріалу з прямокутною петлею гістерезисну. Кожне осердя працює в умовах одночасного намагнічування змінним та постійним магнітними полями. Для створення цих плів на кожному осерді розташована обмотка змінного струму – робоча обмотка і декілька обмоток постійного струму. Обмотки постійного струму називають за їх призначенням – керування, зміщення та оберненого зв'язку.

Для уникнення впливу індукованої змінної ЕРС основної частоти в обмотках постійного струму обмотки включають зустрічно-послідовно або зустрічно-паралельно при узгодженому ввімкненні обмоток постійного струму. Обмотка управління присутня на обох осердях. В цьому випадку робочі обмотки вмикають послідовно-узгоджено або паралельно-узгоджено. Робочі обмотки і опір навантаження утворюють послідовне робоче коло, приєднане до джерела постійного струму.

Питання для самоперевірки знань

1. Нелінійне електричне коло

2. Симетричні та несиметричні нелінійні кола

3. Статичний опір

4. Динамічний опір

5. Розрахунок нелінійного кола

6. Метод еквівалентного джерела

7. Застосування нелінійних електричних кіл змінного струму

8. Однонапівперіодний випрямляч

9. Діодний стабілітрон

10. Коло змінного струму з нелінійною індуктивністю

11. Дросель

12. Сила стуму у дроселі

13. Індуктивність дроселя

14. Дросель з підмагнічуванням

15. Сила струму у дроселі з підмагнічуванням

16. Магнітний підсилювач

17. Будова магнітного підсилювача

Теми рефератів

2. Застосування нелінійних елементів

3. Випрямлення змінного струму

4. Дросель в електричних колах і фільтрах

5. Магнітні підсилювачі

Питання до самостійного опрацювання

1. Графічний метод розрахунку нелінійних електричних кіл

2. Двохнапівперіодна схема випрямлення змінного струму

3. Мостова схема випрямлення змінного струму

4. Динамічна і статична петлі гістерезисну в осердях нелінійних індуктивностей

5. Аналіз роботи магнітного підсилювача характеристика керування магнітного підсилювача

6. Види підмагнічування в магнітних підсилювачах

7. Обернений зв'язок в магнітних підсилювачах

8. Коефіцієнт оберненого зв'язку

9. Недоліки магнітних підсилювачів

РОЗДІЛ 4 ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ. КОЛА З РОЗПОДІЛЕНИМИ ПАРАМЕТРАМИ