5. Управляемые дроссели

5.1. Управление передачей энергии изменением индуктивности электрической цепи

Управление передачей энергии по цепи переменного тока в некоторых случаях осуществляют путем изменения индуктивности обмотки дросселя, подсоединенной к цепи по аналогии с тем, как подсоединяют коммутирующий контакт.

Управляемое изменение индуктивности обмотки дросселя может осуществляться различными способами. Они реализуются в соответствующих конструкциях дросселей. Выделяют дроссели без насыщения и дроссели с насыщением.

В магнитной цепи дросселя без насыщения предусматривается воздушный зазор, изменяемый по величине с помощью подвижного якоря. Влияние величины зазора на индуктивность обмотки дросселя и протекающий по ней ток такое же, как и у электромагнитного механизма (см. п. 4.3). От величины зазора зависит индуктивность

L= G_M w² (5.1)

обмотки дросселя (см. формулу (4.8) в разделе 4). Переменной величиной является магнитная проводимость G_M (см. п. 4.2), которая определяется величиной ρ воздушного зазора при неизменном количестве w витков обмотки. Пренебрегая падением магнитных потенциалов в стали дросселя, представим в выражении для магнитной проводимости

(5.2)

составляющие:

l= ρ – величина (длина) воздушного зазора;

S= S_ρ - площадь воздушного зазора;

μ= μ₀ – магнитная проницаемость воздуха.

Таким образом, индуктивность, вносимая в электрическую цепь дросселем без насыщения, может быть оценена формулой

, (5.3)

где k_L = μ₀ S_ρ w - постоянная величина.

Выражение (5.3) представляет характеристику управления дросселя без насыщения в форме гиперболы.

Дроссели без насыщения применяют в индуктивных датчиках линейных и угловых перемещений.

В дросселе с насыщением без воздушного зазора изменение индуктивности (5.1) обмотки достигают с помощью подмагничивания сердечника. Для него можно положить, что магнитная проводимость (5.2) зависит от сечения S магнитопровода, средней длины l линии магнитной индукции в магнитопроводе и магнитной проницаемости μ стали магнитопровода. Параметры w , S и l являются постоянными величинами. Изменение величины G_M , следовательно, и L осуществляется за счет управления магнитной проницаемостью μ стали. Для этого используется дополнительная обмотка подмагничивания, которую называют обмоткой управления. Количество витков обмотки управления обозначим w_У (w_У=const). Основную обмотку с количеством витков w= w_р называют рабочей обмоткой.

Изобразительная модель дросселя с подмагничиванием и характеристика («кривая») намагничивания стали сердечника показаны на рис. 5.1.

На рис. 5.1а изображены: 1 – рабочая обмотка управляемого дросселя с количеством витков w_р , она подключается к управляемой цепи переменного тока с источником напряжения u=U_msinωt; 2 – обмотка управления с количеством витков w_у , она подключается к цепи постоянного тока с источником сигнала управления u_y=var; 3 – магнитопровод (сердечник).

На рис. 5.1б изображена кривая намагничивания сердечника (см. также рис. 4.3). График отражает зависимость индукции В от напряженности Н магнитного поля. Через В_кр обозначено значение индукции В, при котором происходит полное насыщение сердечника. Используется сталь с существенно нелинейной кривой намагничивания. Для «идеальной» стали В = В_кр при H ≠ 0.

Управляемый дроссель с идеальной сталью в некотором смысле подобен электрическому контакту. При Н=0 (тогда dB/dH→ ∞) он способен как бы «размыкать» электрическую цепь по переменному току своей рабочей обмоткой, создавая L→ ∞ и большое индуктивное сопротивление. При H ≠ 0 (тогда dB/dH→0) рабочая обмотка как бы «замыкает» цепь, уменьшая индуктивность L и реактивное сопротивление до нуля. Тем самым дроссель с насыщением способен коммутировать переменную составляющую тока в цепи.