Дроссели. Магнитные усилители (МУ)

2. Дроссели. Магнитные усилители (МУ)

 

Дроссель представляет собой в основном обтекаемую переменным током катушку с ферромагнитным сердечником. Последний резко увеличивает магнитное поле. При одинаковых параметрах дроссель с ферромагнитным сердечником несравненно компактнее, чем катушка без сердечника. Подчеркнем, что при прочих равных условиях индуктивное сопротивление дросселя тем больше, чем лучше магнитные свойства ферромагнетика, т.е. чем больше его магнитная проницаемость.

Все характеристики дросселя обусловливаются свойствами его ферромагнитного сердечника. Вольтамперные характеристики при этом могут быть близкими к линейным, а могут быть и существенно нелинейными.

Рисунок 6 - Типичные конструкции однофазных дросселей открытого исполнения: а) - броневой с ленточным магнитопроводом; б) - стержневой с ленточными сердечниками и двумя катушками в) — тороидальный; г) — броневой с сердечником из штампованных пластин; д) - броневой с креплениями из пластмассы.

Особенности конструкции и работы дросселей в цепях электропитания

Во многих случаях дроссели используются как простые, сглаживающие L – фильтры на выходах выпрямительных устройств. Через дроссель протекает ток сердечника и может привести к насыщению.

Динамическая магнитная проницаемость магнитного материала сердечника уменьшается, индуктивность дросселя резко уменьшается, что приводит к уменьшению сопротивления переменному току.

Рисунок 6 – Зависимость величины магнитной индукции от тока

Рисунок 7 – Схема включения дросселя

Таким образом, желательно, чтобы подмагничивание не являлось излишне выраженным.

Для уменьшения подмагничивания в магнитном сердечнике дросселя вводится немагнитный зазор.

Рисунок 8 - Зависимость величины магнитной индукции от тока

Если ток подмагничивания равен 0, то индуктивность велика.

Рисунок 9

Введение немагнитного зазора позволяет уменьшить зависимость индуктивности дросселя от постоянного тока нагрузки и обеспечить одинаковую эффективность фильтрации при вариации нагрузки.

Если явление намагничивания сердечника в дросселях сглаживающих фильтров носит негативный характер, то в дросселе насыщения или МУ это явление используется и лежит в основе принципа действия таких устройств.

Проектирование дросселей ведется подобно проектированию трансформаторов, и используются формулы трансформаторной ЭДС.

Эквивалентная схема дросселя аналогична схеме трансформатора на ХХ.

Магнитные усилители (МУ)

МУ – это электромагнитные устройства, в которых сопротивление катушки индуктивности переменного тока изменяется посредством подмагничивания ее сердечника с помощью специального токового управления.

Принцип действия МУ:

Рисунок 10 – Схема включения МУ

Рисунок 11 – Зависимость выходного тока от входного

Выбирая рабочий диапазон: А-В, можно обеспечить прямую пропорциональность между  и , т.е. воспринимаем происходящее как усиление входного воздействия, если малое изменение  приводит к значительным изменениям . Схема, приведенная ранее – это простейший вид МУ. С помощью его можно выполнить регулировку переменного тока в силовых цепях путем достаточно малого изменения . В принципе  может быть выпрямлен и тогда управление, в конечном счете, будет осуществляться для тока нагрузки.

Если перед  стоит выпрямитель, то это МУ.

Приведенная электромагнитная схема хорошо объясняет принцип работы МУ, однако не работоспособна в практическом применении из-за трансформации энергии переменного тока в маломощном источнике управления.

Рабочие конструкции МУ

Рисунок 12

В приведенной схеме центральный стержень в магнитном отношении работает неэффективно. Можно разделить центральный стержень немагнитным промежутком . В полученной конструкции два отдельных магнитопровода могут быть вообще разъединены, а  -представлено в виде двух полуобмоток.

Рисунок 13

Последняя электромагнитная схема МУ соответствует следующему рабочему принципу схемы:

Рисунок 14

Коэффициент усиления

Для МУ в стационарном режиме могут быть записаны следующие уравнения равновесия электрического воздействия в рабочей цепи и цепи управления.

(11)

Анализ показывает, что из приведенной системы уравнений, записанной для идеализированной электрической модели МУ отсутствуют потоки рассеивания, нет сопротивления проводов, потери в магнитном материале считают идеально симметричными и т.п. Необходимо выполнение следующего уравнения равновесия намагничивающих сил рабочих обмоток и обмоток управления (УРМС).