5.2. Дроссель с подмагничиванием

Рассмотрим работу дросселя с подмагничиванием при следующих исходных допущениях:

схема подключения дросселя и кривая намагничивания стали показаны на рис. 5.2;

нагрузка рабочей цепи имеет активное сопротивление R_H ;

источник сигнала управления является источником тока I_y (источник c большим внутренним сопротивлением);

сталь магнитопровода «идеальная», кривая намагничивания без гистерезиса.

Временные диаграммы, характеризующие работу дросселя с подмагничиванием, приведены на рис. 5.3.

Граничный момент времени t перехода дросселя из насыщенного состояния («Нас.») в ненасыщенное состояние («Не нас.») определяется условием равенства нулю суммы магнитодвижущих сил (МДС) рабочей обмотки и обмотки управления:

w_pi_p+ w_yI_y = 0 , (5.4)

когда ток в рабочей цепи снижается до значения i_p= -(w_y /w_p)I_y при мгновенном значении u=i_pR_H=U_α= - (w_y /w_p)I_yR_H напряжения питания цепи (отмечено пунктирной линией на верхней диаграмме). Теперь магнитный поток Ф начинает снижаться от значения Ф=Ф_кр , соответствующего индукции В_кр, до значения Ф_кр-Ф_Δ пока напряжение u , перейдя через минимальное значение, не достигнет вновь величины u=U_α= - (w_y /w_p)I_yR_H . Все это время дроссель не насыщен и, следовательно, токи в его обмотках удовлетворяют условию (5.4).

Исходя из закона электромагнитной индукции, представим

и охарактеризуем величину Ф_Δ площадью S₁ , показанной на верхней диаграмме. Тогда справа от момента t₃ при возрастании напряжения u и потока Ф последний достигнет значения Ф_кр , когда площадь S₂ станет равной площади S₁ в момент t₄ . При этом на интервале (t₃, t₄) поток Ф изменится на величину Ф_Δ и вызовет в момент t₄ переход дросселя в насыщенное состояние. Соответствующий уровень напряжения u показан на верхней диаграмме горизонтальной пунктирной линией.

Из диаграмм следует, что ток i_p в рабочей цепи переменный, но по характеру изменения во времени не синусоидальный. На каждом периоде переменного напряжения дроссель некоторое время пребывает в насыщенном состоянии и индуктивность обмотки снижается до нуля, а затем вновь возрастает до бесконечности (см. нижнюю диаграмму). Когда дроссель не насыщен, токи в его обмотках удовлетворяют условию (5.4). Если увеличить ток управления I_y , то возрастет угол насыщения α (см. верхнюю диаграмму), уменьшается интервал времени нахождения дросселя в ненасыщенном состоянии и возрастает среднее (за полупериод) значение I_p тока i_p в рабочей цепи. Если ток управления I_у достигнет и превысит значение

I_ун=U_m / [ (w_y /w_p)R_H] , (5.5)

дроссель не будет выходить из режима насыщения, и в рабочей цепи будет протекать синусоидальный ток i_p=u /R_H . При I_y =0 дроссель будет все время сохранять ненасыщенное состояние. Тока в рабочей цепи не будет. Поэтому в линейном приближении зависимость I_p от I_y можно представить так, как показано на рис. 5.4.

Статическая характеристика дросселя симметрична относительно оси ординат. Поэтому значение I_p тока в рабочей цепи зависит только от абсолютной величины тока управления I_y и не зависит от его направления в обмотке управления.

График статической характеристики позволяет сделать вывод, что дроссель с подмагничиванием может быть использован в качестве коммутатора цепи переменного тока при двухуровневом сигнале управления. Когда I_y=0, нагрузка отключена. Когда I_y>I_ун, нагрузка подключена.

Дроссель может быть использован в качестве аналогового усилителя сигнала I_y, изменяющегося в диапазоне 0<I_y< I_ун.