1.2. Схема замещения и векторная диаграмма катушки со сталью
Если пренебречь
потоком рассеяния и активным сопротивлением
катушки (
,
),
т.е. считать
,
то для катушки со сталью удобно принять
параллельную схему замещения (рис. 4),
которой соответствует векторная
диаграмма (рис.5). При этом реальный ток
в катушке
, 
, (10)
где
- намагничивающий ток, т.е. составляющая
тока
,
совпадающая по фазе с магнитным потоком
.
- ток потерь, т.е. составляющая тока
,
совпадающая по фазе с
Рис. 4 Рис. 5
Параметры схемы замещения могут быть определены из следующих соотношений:
, (11)
нелинейная активная проводимость
, (12)
ток намагничивания
, (13)
где
- напряженность магнитного поля в
воздушном зазоре,
- коэффициент
амплитуды тока (в приближенных расчетах
принимают
),
нелинейная реактивная проводимость
. (14)
Потери в меди
катушки и потоки рассеяния могут быть
учтены введением в схему замещения
последовательной ветви с
и
(рис. 6), где
- линейная индуктивность, учитывающая
потоки рассеяния.
Рис. 6
В этом случае уравнение, составленное по второму закону Кирхгофа, для рассматриваемой схемы
. (15)
Этому уравнению
соответствует векторная диаграмма
(рис. 7).
В реальных катушках со сталью напряжения
на активном сопротивлении
и сопротивлении рассеяния
значительно меньше
.
Полученные ранее
соотношения (4) и (5) позволяют проанализировать
зависимость параметров параллельной
схемы замещения от величины приложенного
к катушке напряжения и величины
регулируемого в небольших пределах
воздушного зазора в сердечнике
.
Рис. 7
1.2.1. Зависимость параметров схемы замещения от напряжения
При изменении
напряжения на зажимах катушки со стальным
сердечником магнитная индукция и
магнитный поток в сердечнике изменяются
пропорционально напряжению, напряженность
магнитного поля пропорциональна току
намагничивания, поэтому зависимость
намагничивающего тока
от напряжения
на катушке будет аналогична кривой
намагничивания
.
Реактивная проводимость в соответствии с (14), (6), (5)
,
т.е. изменяется обратно пропорционально магнитной проницаемости.
Потери в стали
пропорциональны квадрату магнитной
индукции (8), т.е. с учетом (8) изменяются
пропорционально квадрату напряжения.
В этом случае ток потерь
изменяется пропорционально напряжению,
а активная проводимость в соответствии
с (12), (8) и (5)
,
т.е. изменяется незначительно.
1.2.2. Зависимость параметров схемы замещения от величины воздушного зазора
Напряжение на
катушке полагаем неизменным, при этом
в соответствии с (13), (8) и (5) и принятыми
допущениями магнитная индукция,
напряженность, магнитный поток и потери
в сердечнике также не изменяются. Если
изменить в небольших пределах величину
воздушного зазора
в сердечнике, то ток намагничивания
,
в соответствии с (13), изменяется по
линейному закону, а реактивная проводимость
по (14) изменяется также как
,
т.е.
.
Проводимость потерь не изменяется
.
В реальной катушке увеличение воздушного зазора приводит к некоторому увеличению магнитного потока рассеяния и уменьшению основного магнитного потока. При уменьшении основного магнитного потока уменьшается индукция в сердечнике, следовательно, потери, ток потерь и активная проводимость.