Глава 7 Магнитные накопители энергии - дроссели Общие сведения

Дроссель – это элемент магнитной техники, представляющий собой магнитопровод и обмотку [1]. Применяется в установках промышленной электроники и других устройствах в качестве реактивных, токоограничивающих балластных сопротивлений, а также для стабилизации и регулирования тока и напряжения, для сглаживания пульсации выпрямленного напряжения и т.д

7.1 Дроссели переменного тока

Дроссель переменного тока состоит из замкнутого магнитопровода и обмотки, которая включается в цепь переменного тока последовательно с нагрузкой. Пусть к зажимам ab приложено синусоидальное напряжение, которое изменяется по закону:

u_сети=U_m·sin(t+), (7.1)

где, U_m – амплитудное значение напряжения;

 – круговая частота;

 – начальная фаза.

График функции u_сети=f(t) изображён на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 График функции u_сети=f(t)

При приложении к зажимам цепи синусоидального напряжения в цепи потечёт ток i₀. Этот ток создаёт магнитный поток Ф₀, который, пронизывая магнитопровод, и создаёт в обмотке дросселя переменного тока электродвижущую силу (ЭДС) е. При синусоидальной форме кривой питающего напряжения действующее значение ЭДС будет равно:

Е=4·k_ф·W·f·Ф_m, (7.2)

где W – число витков обмотки дросселя;

f – частота;

Ф_m – амплитудное значение магнитного потока;

k_ф – коэффициент формы кривой питающего напряжения.

Для синусоидального тока коэффициент формы равен:

1,11.

С учётом этого действующее значение ЭДС равно:

Е=4,44·W·f·Ф_m. (7.3)

Максимальное значение магнитного потока равно:

Ф_m=В_m·S, (7.4)

где B_m – максимальная индукция в сечении сердечника;

S – площадь сечения сердечника.

С учётом формул (12.3) и (12.4) получим:

Е=4,44·W·f·B_m·S. (7.5)

. (7.28)

Наконец, с учётом формулы (7.4) получим:

. (7.29)

, (7.36)

где, S_c – активное сечение магнитопровода;

В – индукция в сердечнике;

W – число витков обмотки дросселя переменного тока.

Из формул (7.34)-(7.36) получим:

Под действием напряжения питания сердечник перемагничивается в положительный полупериод (полярность напряжения питания отмечена на рисунке 12.9 знаками «+», «–») в сторону положительного насыщения, в отрицательный полупериод (полярность отмечена в скобках на рисунке 7.9) – в сторону отрицательного насыщения. При перемагничивании благодаря идеальной кривой намагничивания материала тока в цепи не будет (при реальной кривой намагничивания во время перемагничивания сердечника по обмотке будет протекать небольшой намагничивающий ток i_, как в трансформаторе при холостом ходу). Так как i_р=0, напряжение питания полностью уравновешивается противо-ЭДС на обмотке дросселя и из (7.37) получим:

. (7.39)