3.3.4. Влияние воздушного зазора на вах катушки с ферромагнитным сердечником.

Рассмотрим влияние воздушного зазора на параметры катушки. Для упрощения будем считать, что катушка не имеет активного сопротивления и потоков рассеяния.

Сначала проанализируем влияние воздушного зазорана вид зависимости.

Второй закон Кирхгофа для магнитной цепи:

,

,- магнитные сопротивления

Рис.42. Катушка с воздушным зазором сердечника и зазора.

Магнитные сопротивления соответственно равны:

; .

Первая составляющая представляет собой вебер-амперную характеристику катушки без воздушного зазора (=0). Из-за насыщения сердечника эта характеристика нелинейная ( - зависит от величины магнитной индукции ). Вторая составляющая зависит от величины зазора и представляет собой прямую линию (- постоянная). Сложив две составляющие, можно получить результирующую вебер-амперную характеристику катушки с зазором, представленную на рис.43.

Из приведенных зависимости видно, что воздушный зазор спрямляет ВАХ, делая ее более линейной на значительном участке. Также видно, что при заданномс увеличением зазора намагничивающий ток катушки увеличивается, а полное сопротивление катушкиуменьшается.

Рис.43. ВАХ катушки с воздушным зазором

Поэтому в тех случаях, когда величина зазора не задана техническими условиями аппарата, воздушный зазор с целью уменьшения намагничивающегося тока стремятся сделать как можно меньше.

3.3.5. Феррорезонанс напряжений

В электрических цепях, содержащих катушки с сердечниками и конденсаторы, наблюдаются особые явления, связанные с нелинейными свойствами катушек.

Рис.44. Цепь с феррорезонансом напряжений

а) схема цепи; б) векторная диаграмма

Рассмотрим явление, возникающие в цепи, состоящей из последовательного соединения катушки и конденсатора (рис.44.а).

Предположим, что в катушке отсутствуют потери энергии. В этом случае, напряжение на катушки опережает ток на 90^о, отстает от тока также на 90^о. Векторная диаграмма для такой цепи представлена на рис.44.б, из которой можно записать:

. (62)

Представим на рис.45.а зависимости и. Первая зависимость нелинейная и определяется видом кривой намагничивания. Результирующая зависимостьявляется также нелинейной (см.рис.45.а).

Рис.45. Феррорезонанс напряжений

а) для идеализированной цепи; б) с учетом потерь

Согласно полученной характеристике при заданном значение напряжения возможно три установившихся режима цепи с токами,,. Если приложенное напряжение больше, то возможен только один определенный режим, при этом общий характер цепи емкостный.

Особая точка «а» является точкой резонанса, в этой точке =. В отличие от цепей с постоянными параметрами, резонанс в рассматриваемой цепи можно достичь изменением напряжения, так как индуктивность катушки зависит от протекающего тока. Это явление получило название феррорезонанса напряжения.

Область «ас» характеристики является областью неустойчивых режимов. Действительно пусть установившийся режим характеризуется точкой «d». Тогда всякое случайное повышение тока приведет к уменьшению падения напряжения в цепи и к дальнейшему увеличению тока. Всякое случайное уменьшение тока, переводит состояние цепи из режима «d» в режим «e». Вследствие наличия в цепи потерь и высших гармоник, фактическая характеристика цепи приобретает вид, указанный на рис.45.б. Опытным путем при изменении напряжения, можно снять только часть характеристики. Участок «сb» при повышении напряжения снять нельзя, т.к. из точки «с» происходит срыв в точку «b», сопровождаемый скачком токаи изменением знака угла сдвига в цепи. При уменьшении тока происходит срыв из точки «a» в точку «e».

Построить характеристику для цепи, содержащей сопротивлениеможно провести следующим образом:

1. Строят характеристику .

2. Строят характеристику .

3. Графическим путем находят характеристику .

4. Задаются рядом значений тока и находят из характеристики. Напряжение сети находят по уравнению , и строят зависимость .