книги из ГПНТБ / Бесконтактные электрические аппараты [сборник статей]

Рис. 1

Рис. 3

во

Рис. 5

61

Рис. 6

62

Рис. 8

10. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ СЕРДЕЧНИКА НА ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ФРОНТА ВЫХОДНОГО ИМПУЛЬСА В МУС

Ипж. Федькин А. К. ’ ' ‘

Время перемагничивания сердечника —t является важной Характеристикой е точки зрения анализа физических процес­ сов, происходящих в сердечниках1магнитного усилителя при его перемагничивании под действием поля управляющего сиг­ нала и напряжения источника питания усилителя. Под вре­ менем перемаПничивания понимается время',1в течение которо­

в ряде случаев при использовании магнитного усилителя в качестве широтно-импульсного модулятора представляет

63

интерес только та часть времени перемагничивання, кото­ рая будет определять длительность переднего фронта вы­ ходного импульса МУС.

Рассмотрим перемагничивапие сердечника МУС, выпол­ ненного но любой па известных схем, под действием сигнала

управления. Пусть начальное состояние сердечника (рис. 1) определяется точкой па петле гистерезиса с координатами Ву, Ну. При наступлении рабочего полупериода под дей­ ствием приложенного к рабочей обмотке синусоидального напряжения начнется перемагничивапие сердечника по ча­ стной и несимметричной петле гистерезиса (восходящая ветвь). Если при этом напряжение источника питания доста­

точно для создания индукции B m = Bs, через определенный промежуток времени сердечник придет в состояние насыще­ ния. При изменении индукции на участках 1 и 2 по рабочей обмотке МУС будет протекать намагничивающий ток, а вре­

перемагничивання сердечников МУ изменится и до момента технического насыщения дальнейшее намагничивание сер­ дечников будет происходить лишь за счет процесса вращения элементарных магнитных моментов.

Этот процесс сопровождается быстрым нарастанием то­ ка в намагничивающей обмотке. Время, в течение которого

индукция в сердечнике будет изменяться от Вг до Bs , бу­

дет определять длительность фронта импульса тока в нагруз­ ке — Тф. Приняв в качестве материала сердечников МУС

материал с прямоугольной петлей гистерезиса (например 79 НМ, 50 НП), запишем уравнения для восходящей част-

64

пой несимметричной петли гистерезиса [1]:

Здесь а — удельная электропроводность материала сердеч инка,

Д — толщина ленты, из которой выполнен сердечник, П0 — средняя гармоническая напряженность, характери­

зующая повышенное значение коэрцитивной силы сердеч­ ника н зависящая от геометрии сердечника.

Для магнитных материалов с высокой прямоугольиостыо Но может быть определена по [2]

H o = H Cf ) — 1— ,

1+Y

dH

где у = — характеризует отношение внутреннего н впеш- d u

него диаметров сердечника усилителя, Нсд динамическая коэрцитивная сила.

Исследование магнитных материалов, используемых для выполнения МУ показывают }4], что в области насыщения магнитная проницаемость в общем случае является нелиней­ ной функцией напряженности поля п зависит от прямоуголь­ ное™ материала. Из этот следует, что при оценке магнит­ ного материала и геометрии сердечника с точки зрения получения минимальной длительности переднего фронта выходного импульса МУ необходимо исходить из реальных характеристик данного материала в диапазоне рабочих на­ пряженностей магнитного поля.

Однако в большинстве случаев уже при напряженности поля Н, превышающем Нс в 2—3 раза можно принять, что участок 3 восходящей ветви петли гистерезиса характеризу­ ется линейным изменением напряженности

И — H'mu)t.

Тогда из решения дифференциального уравнения (1) можно найти величину т,[,

Известно [2, 3], что длительность перемагничивания сердеч­ ника зависит от амплитуды импульса поля Нт. В данном случае напряженность поля стремится к величине, опреде­ ляемой мгновенным значением тока нагрузки 1нт в момент полного насыщения сердечника п, следовательно, зависит от угла насыщения а (т. е. от Ну ). Учитывая это, находим //:

ряда факторов, .характеризующих как геометрию сердечни­ ков МУ, так и свойства магнитного материала. Это весьма важно в тех случаях, когда МУС используется в качестве ШИМ в схемах управляемых выпрямителей или стабилиза­ торах напряжения, где к крутизне фронта управляющего им­ пульса предъявляются более жесткие требования.

управляющего сигнала, из которых следует, что при пита­ нии МУС синусоидальным напряжением рабочий диапа­ зон изменений а ограничен не только нелинейностью вы­ ходной характеристики МУС, но и уменьшением крутизны переднего фронта импульса. Для улучшения формы выходно­ го импульса можно использовать схемы питания МУ со

стабилитронами. Уже при б = - ^ - —2 рабочий диапазон уг-

UСТ

лов ч увеличивается примерно на 25% (кривая 3).

ЛИТЕРАТУРА

1. Розенблат М. А. Магнитные элементы автоматики п вычислительной техники, «Наука», 1966.

2. Пирогов А. И., Шамаев Ю. М. Магнитные сердечни­ ки в автоматике и вычислительной технике, «Энергия», 1967.

6G

3.Крупский А. А. Измерение времени перемагничивания сердечников, «Энергия», 1971.

4.Иванчук Б. Н., Липман Р. А., Рувинов Б. Я. Примене­

ние магнитных усилителей для управления тиристорами, Сборник Аналоговые магнитные элементы и электромагнит­ ные устройства, «Наука», 1968.

И. ГАРМОНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК СОЛЕНОИДОВ С НАСЫЩЕННЫМ СЕРДЕЧНИКОМ

К. т. н. Сливинская А. Г., инж. Федькина А. А.

Основу целого ряда устройств па магнитной подвеске составляет соленоидный электромагнит с ферромагнитным сердечником (рис. 1). Изменение магнитного поля, необхо­ димое для сохранения устойчивости >подвески сердечника при его вынужденном вертикальном перемещении в таких электромагнитах достигается автоматически. Это объясняет­ ся тем, что при погружении сердечника в катушку имеет ме­

ных устройств существенным образом зависят от величины зоны постоянной тяги. Для ненасыщенного сердечника эта зона составляет незначительную часть, равную 2 -3% дли­ ны катушки. По мере внедрения сердечника в катушку про­ исходит увеличение проводимости системы и, следовательно, магнитного потока. Для того, чтобы получить характеристи­ ку электромагнита с явно выраженной ЗИТ, нужно, чтобы среднее значение индукции в сердечнике при глубине его погружения в катушку ,т~0,5 /к было примерно равно индук­ ции насыщения Bs.

Однако, получить такую индукцию в сердечнике можно лишь при больших значениях н. с. катушки. Магнитная про­ водимость соленоидных электромагнитов зависит от прони­ цаемости формы сердечника, которая определяется в основ­ ном боковой поверхностью сердечника. Величина же индук­ ции в том или ином сечении сердечника при известном значении потока зависит от площади сечения. Применение в

приведенных характеристик видно, что с ростом н. с. су­ щественно увеличивается зона постоянной тяги.

Большинство из существующих инженерных методов рас­ чета соленоидных электромагнитов применимы для электро­ магнитов с ненасыщенным сердечником (Bqi^ t Т). Разло­

жение реальных электромеханических характеристик элект­ ромагнита в тригонометрический ряд показало, что с увеличением среднего значения индукции в сердечнике гармонический состав характеристик изменяется (с достаточ­ ной степенью точности для ВС1, = ]-+-2 Т можно ограничиться

пятью членами ряда).

Это изменение характеризуется увеличением амплитуд 1, 4 и 5 гармоник, в то время как амплитуда второй гармо­ ники значительно уменьшается; изменение амплитуды треть­ ей гармоники ряда в зависимости от величины ВС|| имеет яв­

но выраженный максимум, соответствующий колену кривой намагничивания (рис. 3),

Формулу для расчета электромагнитной силы соленоида с учетом насыщения сердечника можно представить в виде

~~~1К

~/C3sin3it (<г Ь /.-И —/С4^it'i4тт. (<| -fLv) —/C6sin5jT. (ср -(-Лаг) ] /У.

( 1)

68