10.3.1. Катушка индуктивности с ферромагнитным сердечником.

Под нелинейными индуктивными сопротивлениями, или, проще, под нелинейными индуктивностями, понимают катушки индуктивности, намотанные на замкнутых сердечниках из ферромагнитного материала, для которых зависимость магнитного потока в сердечнике от протекающего по катушке тока нелинейная. Индуктивное сопротивление таких катушек, оказываемое прохождению переменного тока, непостоянно; оно зависит от величины переменного тока.

Катушку со стальным сердечником в литературе называют еще иногда дросселем со стальным сердечником. Нелинейные индуктивности подразделяют на управляемые и неуправляемые. На электрических схемах нелинейную индуктивность изображают как показано на рис 10.10.

Рис.10.1

Сердечники нелинейных индуктивностей при относительно низких частотах делают обычно двух типов: пакетные и спиральные. Пакетные сердечники представляют собой сердечники, образованные тонкими пластинами ферромагнитного материала кольцевой или П-, или Ш-образной формы. Спиральные сердечники представляют собой сердечни-

ки, туго навитые из тонкой ферромагнитной ленты. По форме они напоминают туго навитую часовую пружину. Пластины пакетного сердечника и отдельные витки спирального сердечника изолируют друг от друга эмалевым лаком, жидким стеклом или каким-либо иным изолирующим составом и запекают. Изоляция необходима для уменьшения потерь энергии в сердечнике от вихревых токов.

При высоких частотах резко возрастают потери в листовых сердечниках, и потому сердечники, предназначенные для работы на высоких частотах, выполняют обычно из феррита. Катушка индуктивности с ферромагнитным сердечником имеет и активное сопротивление: это сопротивление обмотки катушки постоянному току, сопротивление , определяющее потери энергии от вихревых токов, и сопротивление, определяющее потери энергии, обусловленные гистерезисом.

10.3.2 Потери в сердечниках нелинейных индуктивностей от вихревых токов.

Если по катушке со стальным сердечником проходит переменный ток, то в сердечнике возникает переменный магнитный поток. Под действием переменного магнитного потока в листах сердечника возникают вихревые токи. На рис. 10.11 изображен один лист сердечника толщиной h шириной L .

Пусть магнитный поток, увеличиваясь, направлен вверх (вдоль листа). В плоскости листа, перпендикулярной магнитному потоку, по закону электромагнитной индукции наводится э.д.с. Эта э.д.с. вызывает в нем ток, который называют вихревым. Контур, по которому замыкается вихревой ток, изображен пунктиром на рис. 10.11. Вихревые токи по закону Ленца стремятся создать поток, встречный по отношению к вызвавшему их потоку. Потери энергии в листе на вихревые токи пропорциональны квадрату наведенной в контурах листа э.д.с. и обратно пропорциональны сопротивлению контуров.

Электродвижущие силы, наводимые в контурах, по которым замыкаются вихревые токи, при заданной ширине листа пропорциональны толщине листа ∆, амплитудному значению индукции и частоте. В свою очередь сопротивление контура пропорционально периметру контура и удельному сопротивлению. При L >> h периметр контура почти не зависит от толщины листа. Поэтому потери энергии на вихревые токи пропорциональны квадрату амплитудного значения индукции, квадрату частоты и квадрату толщины листа. Рис.10.11.

Уменьшение потерь в листовом сердечнике на вихревые токи достигается двумя путями:

• изготовлением сердечника из тонких изолируемых друг от друга листов;

• добавлением в ферромагнитный материал примесей, увеличивающих его удельное сопротивление.

При частоте 50 гц толщина листов составляет обычно 0,35-0,5 мм; при высоких частотах она доходит до 0,005 мм.