Ферромагнитным сердечником

Несинусоидальные токи в цепях возникают при синусоидальных ЭДС и напряжениях источников электрической энергии, если цепи содержат нелинейные элементы. Так, в катушке с ферромагнитным магнитопроводом, которая является нелинейным элементом, при синусоидальном напряжении сети ток несинусоидальный. Подобное явление наблюдается в промышленных городских сетях, когда в качестве осветительных приборов используются люминесцентные лампы, имеющие нелинейные вольт-амперные характеристики. На 5.1 показана схема включения люминесцентной лампы Л в сеть синусоидального напряжения с ограничивающим дросселем L, работающим в линейном режиме, а также приведены графики тока и напряжения на лампе.

В ряде случаев при проведении практических расчетов периодические несинусоидальные ЭДС и напряжения можно представить эквивалентными синусоидами: так, при изучении нелинейной электрической цепи, т. е. цепи, содержащей катушку с ферромагнитным магнитопроводом (см. гл. 6), несинусоидальный ток заменяется эквивалентной синусоидой. Подобная замена осуществляется так, чтобы действующее значение эквивалентной синусоиды ЭДС или напряжения равнялось действующему значению несинусоидальной величины.

Чтобы рассмотреть особенности индуктивности обмотки с ферромагнитным магнитопроводом, обратимся к магнитным характеристикам Ф(/), приведенным на 6.10.

6.21. Обмотка с ферромагнитным магнитопроводом (о) и упрощенное ее изображение (б)

У большинства электромагнитных устройств с ферромагнитным магнитопроводом существуют следующие соотношения между максимальными значениями потоков и ЭДС: Фт :» » Фрт, а поэтому и Ет » Ер,„; кроме того, обычно Ет » /„/,. Учитывая это, можно сделать вывод о том, что наибольшее влияние на значение тока катушки оказывает ЭДС е от основного магнитного потока Ф.

В соответствии с уравнением (6.21) обмотка с ферромагнитным магнитопроводом (см. 6.21, л) может быть заменена для удобства анализа устройством, изображенным на 6.21,6. Часть этого устройства, состоящую из обмотки, расположенной на ферромагнитном магнитопроводе, будем называть в дальнейшем идеализированной обмоткой.

нитного магнитопровода идеализированная обмотка с ферромагнитным магнитопроводом кроме реактивной мощности, необходимой для возбуждения магнитного потока, потребляет еще и активную мощность, вызванную процессами, связанными с перемагничиванием ферромагнитного материала и возникновением в нем вихревых токов.

С ФЕРРОМАГНИТНЫМ МАГНИТОПРОВОДОМ

Поскольку схема замещения реальной обмотки с ферромагнитным магнитопроводом (см. 6.34), представляет собой смешанное соединение различных по характеру линейных и нелинейных элементов, определение тока, мощностей, эквивалентных сопротивлений и угла сдвига фаз тока относительно напряжения источника реальной обмотки значительно осложняется.

Как было показано в § 6.15, в схеме замещения 6.36, а х = х01 + xl » r01 4- ,>'! == г. На основании этого часто для упрощения анализа соотношений электромагнитных устройств, особенно когда в магнитопроводе имеется воздушный зазор, сопротивлением г = г(и + г, пренебрегают и считают, что обмотка с ферромагнитным магнитопроводом представляет собой элемент с чисто индуктивным сопротивлением х = х01 + + х1 к х01. Естественно, что конфигурации в. а. х. при раз-

Для получения лучшего стабилизирующего эффекта обмотка I с ферромагнитным магнитопроводом должна быть рассчитана так, чтобы при наибольшем напряжении на ней ферромагнитный материал магнитопровода был не насыщен и в. а. х. обмотки V1 (/) была практически прямолинейной. С этой целью магнитопровод обмотки 1 выполняется, в частности, с воздушным зазором.

примере в катушке с ферромагнитным сердечником*.

12.1. Магнитное поле катушки с ферромагнитным сердечником

Уравнение (12.3), характеризующее электрическое состояние катушки с ферромагнитным сердечником, показывает, что ток зависит

Отличительной особенностью идеализированной катушки с ферромагнитным сердечником по сравнению с катушкой, помещенной в немагнитную среду, является то, что для нее нельзя найти линейную связь между напряжением и' и проходящим по катушке током t,

12.2. Схема замещения катушки с ферромагнитным сердечником в цепи переменного тока

напряженностью поля в ферромагнитном сердечнике существует нелинейная неоднозначная зависимость, которая характеризуется динамической петлей (циклом) перемагничивания. Следовательно, между напряжением и' и током i катушки также имеется нелинейная связь, и такую катушку нельзя характеризовать постоянной индуктивностью. Поэтому при анализе электрических цепей переменного тока, содержащих катушки с ферромагнитным сердечником, приходится вводить предпосылки, упрощающие реальный физический процесс. Это будет сделано при изложении последующего материала.

С ФЕРРОМАГНИТНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ ПРИ СИНУСОИДАЛЬНОМ

В большинстве цепей переменного тока катушки с ферромагнитным сердечником подключены к источнику синусоидального напряжения. В таком режиме работают трансформаторы и электрические машины, реле, преобразователи и другие устройства.

Кривые индукции и потока в сердечнике в катушке проходят через нулевые значения — нулевые фазы (Ф, = О, i = 0) не одновременно (см. 12.4), что является характерной особенностью процессов в катушке с ферромагнитным сердечником. Возвращаясь к 12.3,

При прямоугольной петле форма тока в катушке еще больше отличается от синусоиды. Для пояснения этого явления рассмотрим процессы в схеме 12.8,а, содержащей идеализированную катушку с ферромагнитным сердечником и активный двухполюсник, замещающий остальную часть цепи. Двухполюсник характеризуется синусоидальным напряжением холостого хода их и активным входным сопротивлением гвх.

Зависимость сопротивления г„ катушки от напряжения U является характерной особенностью катушки с ферромагнитным сердечником.