Нелинейные индуктивности

Мы рассмотрели расчет нелинейных искажений, связанных с наличием в схеме нелинейных емкостных элементов. Нетрудно построить соответствующие формулы для расчета нелинейных искажений в схеме, содержащей нелинейные индуктивные элементы, однако мы их не приводим, так как подобные схемы встречаются редко.

Нелинейные индуктивные катушки подразделяют на управляемые и неуправляемые, но деление на безынерционные и инерционные на них не распространяется, так как их нелинейность обусловлена свойствами ферромагнитного материала, а не тепловым эффектом.

§ 15.23. Получение аналитическим путем обобщенных характеристик управляемых нелинейных элементов по первым гармоникам. Как отмечалось, нелинейные индуктивные катушки и конденсаторы, а также большая группа нелинейных резисторов имеют характеристики для мгновенных значений, которые могут быть приближенно описаны формулой у = ashfix. Для каждого нелинейного элемента подл и у следует понимать свои величины (см. § 15.13).

Как правило, в нелинейных электрических цепях содержатся либо нелинейные индуктивные катушки, либо нелинейные конденсаторы, либо безынерционные в тепловом отношении нелинейные резисторы. Токи и напряжения в таких цепях в той или иной степени несинусоидальны.

Значительное число нелинейных элементов было рассмотрено в предыдущих главах (гл. 4, 7, 8). К ним относятся нелинейные активные сопротивления, нелинейные индуктивные сопротивления (например, катушки со стальными сердечниками) и нелинейные емкостные сопротивления (например, конденсаторы с сегнетоэлектриками). Одни из них являются неуправляемыми, как лампы накаливания, термисторы, двухэлектродные электронные лампы, полупроводниковые диоды, другие, наоборот, управляемыми, как трехэлектродные электронные лампы, тиратроны, полупроводниковые триоды, магнитные усилители и удвоители частоты. Управляемые нелинейные сопротивления обычно имеют управляющие электроды или обмотки, предназначенные для включения в цепь управления.

преобразовании частоты целесообразно воспользоваться нелинейными элементами, в которых потери энергии невелики. Таковыми могут быть, например, нелинейные индуктивные и емкостные элементы. В следующих трех параграфах рассмотрим примеры умножителей, основанных на использовании нелинейных характеристик катушек с ферромагнитными сердечниками. В последнем параграфе будет рассмотрена возможность применения с этой целью конденсаторов с нелинейной характеристикой.

Наибольшее распространение в электротехнических установках переменного тока получили нелинейные активные и индуктивные сопротивления. Многие нелинейные активные сопротивления и соответствующие электрические цепи, содержащие эти сопротивления, рассматриваются при изучении основ промышленной электроники. Ниже приводятся некоторые электрические цепи и устройства, содержащие нелинейные индуктивные сопротивления.

В ряде случаев важным является определение самих высших гармоник. В таких случаях необходимо рассмотрение действительных несинусоидальных кривых тока и напряжения. Такая задача возникает, например, если мы хотим воспользоваться наличием высших гармоник в нелинейных цепях с целью умножения частоты. В § 21.3 было отмечено, что наличие любого нелинейного безынерционного элемента в электрической цепи приводит к тому, что токи и напряжения в цепи оказываются несинусоидальными даже при синусоидальном напряжении, приложенном ко входным зажимам цепи. Выделяя ту или иную гармонику на выходе цепи, получаем, по существу, умножение частоты. Для получения достаточно высокого коэффициента полезного действия при таком преобразовании частоты целесообразно воспользоваться нелинейными элементами, в которых потери энергии невелики. Таковыми могут быть, например, нелинейные индуктивные и емкостные элементы. В следующих трех параграфах рассмотрим примеры умножителей, основанных на использовании нелинейных характеристик катушек с ферромагнитными сердечниками. В § 21.21 будет рассмотрена возможность применения с этой целью конденсаторов с нелинейной характеристикой.

В общем случае нелинейные электрические цепи содержат не только линейные и нелинейные резистивные элементы, но и реактивные (индуктивные и емкостные) элементы. Нелинейные индуктивные и емкостные элементы описываются соответственно вебер-амперными и кулон-вольтны-ми характеристиками

Перенапряжения могут возникнуть в момент коммутации, например, при включении выключателя. В переходном режиме токи в фазах будут неодинаковыми, а следовательно, разными будут и нелинейные индуктивные сопротивления фаз трансформатора напряжения. Полные проводимости отдельных фаз могут при этом иметь различный характер: емкостный или индуктивный, что приводит к феррорезонанс-ным перенапряжениям и устойчивым колебаниям напряжения нейтрали силового трансформатора. Поэтому оперативные действия на подстанциях 110-220 кВ при наличии на системах шин электромагнитных трансформаторов напряжения НКФ-110 и НКФ-220 должны начинаться с заземления нейтрали трансформатора, включаемого на ненагруженную систему шин. Перед отделением от сети ненагруженной системы шин с трансформатором напряжения нейтраль питающего трансформатора должна быть заземлена.

13-8. Распространяется ли деление на безынерционные и инерционные на нелинейные индуктивности?

§ 15.10. Некоторые физические явления, наблюдаемые в нелинейных цепях. В электрических цепях переменного тока, содержащих нелинейные индуктивности и линейные или нелинейные конденсаторы и линейные индуктивности, а также нелинейные индуктивности и нелинейные конденсаторы, при определенных условиях (далеко не всегда!) возникают физические явления, которые невозможны в линейных цепях1. Таких явлений довольно много. Ограничимся кратким рассмотрением только некоторых, наиболее важных из них.

Симметричными характеристиками обладают нелинейные индуктивности и емкости, а из резистивных — тиритовые сопротивления, электрическая дуга с однородными электродами и некоторые другие.

При создании импульсных устройств, генерирующих или преобразующих различные импульсные сигналы, необходимо формирование временных интервалов, определяющих длительности импульсов, пауз между ними, частоту повторения импульсов и т. п. Эта задача решается с помощью времязадающих цепей, содержащих линейные реактивные элементы (L, С), а нередко и нелинейные реактивные элементы (например, нелинейные индуктивности). В таких цепях ток или напряжение при переходном процессе изменяются с определенной скоростью. Мы знаем '(§ 1.9), что магнитные элементы в составе ИМС невыполнимы, поэтому в качестве времязадающих цепей используют главным образом более простые и надежные цепи с резисторами и конденсаторами, т. е. RC-цепи.

22-4. Нелинейные индуктивности — катушки с ферромагнитными

Обычно нелинейные индуктивности и емкости считают безынерционными. Однако если необходимо учитывать изменение геометрии и свойств ферромагнитных сердечников и диэлектриков конденсаторов под влиянием тепла, выделившегося в них и в окружающих их проводниках, то придется считать такие индуктивности и емкости инерционными.

22-4. НЕЛИНЕЙНЫЕ ИНДУКТИВНОСТИ - КАТУШКИ С ФЕРРОМАГНИТНЫМИ СЕРДЕЧНИКАМИ

§ 13.1. Основные определения. Как уже говорилось в § 1.1, под нелинейными электрическими цепями принято понимать электрические цепи, содержащие нелинейные элементы. Нелинейные элементы подразделяют на нелинейные сопротивления, нелинейные индуктивности и нелинейные емкости.

Нелинейные индуктивности подразделяют на управляемые и неуправляемые, но деление на безынерционные и инерционные на них не распространяется, так как их нелинейность обусловлена свойствами ферромагнитного материала, а не тепловым эффектом.

§ 15.10. Некоторые физические явления, наблюдаемые в нелинейных цепях. В электрических цепях переменного тока, содержащих нелинейные индуктивности и линейные емкости или нелинейные емкости и линейные индуктивности, а также нелинейные индуктивности и нелинейные емкости, при определенных условиях (далеко не всегда!) возникают физические явления, которые невозможны в линейных цепях *. Таких явлений довольно много. Ограничимся кратким рассмотрением только некоторых, наиболее важных из них:

Симметричными характеристиками обладают нелинейные индуктивности и емкости, а из активных сопротивлений — тиритовые сопротивления, электрическая дуга с однородными электродами и некоторые другие типы сопротивлений.