2 Параметрические магнитные элементы
Все магнитные элементы и устройства по принципу действия или используемому свойству ферромагнитного сердечника могут быть разделены, по крайней мере, на три большие группы.
1 Параметрические. Параметрическими называются неуправляемые магнитные элементы, действие которых основано на использовании нелинейного характера процесса намагничивания сердечника. В этих элементах используется зависимость параметров электрической цепи, содержащей обмотку с магнитным сердечником (в частности зависимость индуктивности этой обмотки) от величины, формы и частоты напряжения или тока обмотки.
2 Магнитомодуляционные элементы. Магнитомодуляционные элементы (магнитные усилители) характеризуются тем, что в их сердечниках всегда действует, по крайней мере, два отличающихся по частоте магнитных поля, одно из которых обычно обусловлено источником питания переменного тока, а другие – входными (управляющими) сигналами. Магнитомодуляционные элементы являются управляющими магнитными устройствами, действие которых основано на том, что одно из магнитных полей изменяется и модулирует магнитное состояние сердечника для другого поля.
3 Гистерезисные. Гистерезисными элементами называются такие устройства, действие которых основано на использовании явления гистерезиса ферромагнитных материалов и которые не могут нормально функционировать при отсутствии гистерезиса.
Рассмотрим параметрические неуправляемые магнитные элементы. Как правило, они работают от источника переменного тока или напряжения. В тех случаях, когда на выходе устройства требуется получить постоянный ток, в схему добавляют полупроводниковые выпрямители.
Многие параметрические магнитные элементы представляют собой последовательное или параллельное соединение некоторой нагрузки на выходе схемы с нелинейным неуправляемым магнитным элементом (рисунок 2), который в простейшем случае представляет собой обмотку, расположенную на ферритовом сердечнике.
Рисунок 2
Ток в цепи нагрузки можно найти как:
,
где Rн и Rд – активные сопротивления нагрузки и дросселя;
Xн и Хд - реактивные сопротивления нагрузки и дросселя.
где
Если раньше, при рассмотрении линейных трансформаторов и дросселей мы использовали такой режим их работы, чтобы их линейности не проявлялись и считали, что L и µ - постоянные величины, не зависящие от режимов работы, то теперь нелинейность свойств магнитных элементов лежит в основе работы рассматриваемого класса устройств.
У этих устройств магнитная проницаемость сердечника и, следовательно, индуктивность обмотки дросселя непрерывно меняются в течение всего периода питающего напряжения. Поэтому вводится так называемая дифференциальная магнитная проницаемость:
Из кривой намагничивания нетрудно получить зависимость µд от индукции В, которая показана на рисунке 3.
Рисунок 3
Если известно изменение индукции в сердечнике, то определяя значения дифференциальной магнитной проницаемости, соответствующие различным величинам магнитной индукции можно построить кривую изменения проницаемости во времени. Из рисунка 3 видно, что µд изменяется с удвоенной по сравнению с источником питания частотой, также изменяется дифференциальная индуктивность дросселя.
Таким образом, в рассмотренной цепи ток в нагрузке будет определяться не только входным сигналом, но и сильно зависеть от параметров нелинейного дросселя.
При использовании импульсных сигналов такой нелинейный дроссель может служить неуправляемым магнитным ключом. Действительно, до тех пор, пока рабочая точка магнитного сердечника находится на линейном участке, µд, а следовательно индуктивность дросселя имеют большие значения, и можно считать, что ток через дроссель не протекает (ключ разомкнут). Когда рабочая точка заходит в нелинейную область, т.е. наблюдается режим насыщения, µд и Lд резко уменьшаются и ток через дроссель скачком увеличивается (ключ замкнут).