Короткі теоретичні відомості. Реактивна котушка з феромагнітним осердям — простий та надійний пристрій

Реактивна котушка з феромагнітним осердям — простий та надійний пристрій. Вона складається з замкненого осердя, на якому розташовується обмотка.

Застосування феромагнітного осердя в реактивній котушці дозволяє не тільки багаторазово підсилити магнітне поле, але й надати їй нові властивості: котушка стає нелінійним елементом, з’являються втрати енергії у феромагнітному осерді. Для досягнення максимального ефекту підсилення магнітного поля осердя роблять замкненим, а для зменшення втрат енергії від віхрьових струмів його виготовляють збірним із листів електротехнічної сталі 0,5 або 0,35 мм (для промислової частоти), 0,05 або 0,02 мм (для звукової частоти), а для радіочастот осердя пресують із порошків з непровідним наповнювачем.

Нелінійність котушки з феромагнітним осердям перевіряють по формі струму на осцилографі: прикладена до котушки синусоїдна напруга викликає в ній несинусоїдний струм.

При аналізі електромагнітних процесів в такій котушці доцільно загальний магнітний потік, зчеплений з її обмоткою, розділити на дві частини: основний потік замкнений по осердю, та потік розсіяння замкнений в основному по повітрю

(12.1)

Втрати енергії в котушці з осердям також діляться на дві складові: втрати в міді та втрати в осерді

(12.2)

Це необхідно враховувати при будові схеми заміщення котушки з осердям.

Найбільш повне представлення, яке враховує фізичні процеси в котушці, дає схема заміщення, що показана на рисунку 12.1, де r — активний опір обмотки; L_s — індуктивність розсіяння; g ₀ — активна провідність, яка відповідає втратам в осерді; L ₀ — індуктивність, яка відповідає основному потоку.

i

ia

ім

L 0

Ls

g 0

r

e 0

u

Рисунок 12.1 - Схема заміщення котушки з феромагнітним осердям

Рівняння електричної рівноваги для схеми заміщення може бути записане для миттєвих значень

(12.3)

Параметри схеми заміщення залежать від струму, а відповідно і від прикладеної напруги. Лише в тому випадку, коли струм без великої похибки можливо замінити синусоїдним, рівняння (12.3) можна записати в символічній або векторній формі

або

(12.4)

і тоді можна побудувати векторну діаграму.

Дослідне визначення параметрів схеми заміщення котушки з осердям пов’язано з певними труднощами та вимагає постановки спеціальних експериментів, так як, вимірюючи напругу, струм та активну потужність, можливо отримати лише еквівалентні опори

(12.5)

При цьому активний опір r_е враховує втрати в міді γ та втрати в осерді g ₀, а реактивний опір х_е — відповідно L_s та L ₀. Якщо активний опір обмотки можна виміряти на постійному струмі, що дозволяє отримати активну провідність, то більш простого способу визначення індуктивності розсіяння не існує.

Тому для спрощення задаються відношенням:

(12.6)

де

Нижня межа відноситья до реактивних котушок малої потужності, а верхня — до потужних. Задаючись величиною k, усі параметри визначаються без складності: з досліду на змінному струмі можна отримати r_е та x_е, з досліду на постійному струмі — опір обмотки

(12.7)

Задаючись величиною k, можна визначити по (12.6) після чого розрахувати параметри намагнічуючого контуру g ₀ та L ₀ по відомим формулам

(12.8)

Рисунок 12.2

Рекомендовано векторну діаграму будувати в такій послідовності: обрати масштаби для напруги та струму m_U та m_I відкласти вертикально вектор напруги а під кутом φ в сторону відставання вектор струму підрахувати cпад напруги на активному та реактивному опорах обмотки и відкласти їх як показано на рис. 12.2 та отримати вектор ЕРС Е ₀.

Під кутом 90° в сторону відставання побудувати основний потік за напрямком.

Експериментальне дослідження котушки при зміні напруги U дозволяє встановити закономірність зміни струму та еквівалентних опорів (рисунок 12.3, а).

Графік залежності аналогічний до кривої намагнічування, оскільки

а

(12.9)

Дослідження котушки зі сталевим осердям при зміні повітряного зазору в осерді при дозволяє встановити характер зміни еквівалентних опорів та коефіцієнта потужності

І А

Z, x, r Ом

U B

a)

Z Ом

б)

в.од.

δ мм

Рисунок 12.3 - Графіки залежності зміни напруги,