Физические основы ферромагнитных стабилизаторов

Лекция 8. Электромагнитные устройства

Перечень электромагнитных устройств очень большой. В лекции будут рассмотрены примеры применения теории магнитного поля к построению сварочных трансформаторов, ферромагнитных стабилизаторов, электромагнитных реле.

Физические основы построения сварочного трансформатора

Известно, что для неразветвленного магнитопровода с зазором закон полного тока имеет вид:

(9.1)

где: l_ФМ, l_З - длина ферромагнитного участка и воздушного зазора соответственно;

Н_ФМ, Н_З - действующее значение напряженности магнитного поля на участках ферромагнитного материала и воздушного зазора соответственно;

I - действующее значение тока в намагничивающей обмотке.

Учитывая, что

, (9.2)

а также что:

(9.3)

перепишем (9. 1):

. (9.4)

Так как относительная магнитная проницаемость магнитомягких материалов в десятки тысяч раз больше магнитной проницаемости воздуха m₀, то очевидно, что

Поэтому вместо (9.4) можно использовать приближенное равенство:

. (9.5)

Подставляя в (9.5) вместо R_З его значение из (9.3), а вместо:

,

определим ток цепи:

. (9.6)

Теперь очевидно, что ток в цепи магнитопровода с зазором можно регулировать, изменяя длину воздушного зазора. Это свойство и используется в сварочных аппаратах для регулирования тока дуги.

Физические основы ферромагнитных стабилизаторов

Магнитные свойства ферромагнитных материалов, как правило, оценивают зависимостью:

,

получая гистерезисные характеристики. Но нам уже известно, что:

,

а:

.

Приведенные выражения наглядно показывают прямую пропорциональную зависимость напряженности магнитного поля Н от тока I, а магнитной индукции В от напряжения U. Это позволяет применять к исследованию магнитопроводов вольт-амперные характеристики.

.

Такие характеристики полезны при расчете цепей из нескольких элементов. Общий вид зависимости для магнитопровода приведен на рис. 9.1. Как и кривая начальной намагниченности, вольт-амперная характеристика имеет начальный участок (оа), линейный (аб), колено (бв) и насыщенная (в, г).

Вольт-амперные характеристики применяются для определения физики работы ферромагнитных стабилизаторов.

Упрощенная схема ферромагнитного стабилизатора включает в свой состав два разомкнутых магнитопровода (дросселя) Др₁ и Др₂ . Дроссель Др₁ работает в линейном режиме. Он выполняет роль ограничителя максимального тока. Дроссель Др₂ работает в режиме насыщения. Их вольт-амперные характеристики приведены на рис. 9.3. Здесь же приведена результирующая характеристика .

Напряжение на нагрузке определяется падением напряжения на дросселе Др₂ . Графики рис. 9,3. показывают, что если на входе цепи, действует напряжение U_оа, то нагрузка находится под напряжением . Часть входного напряжения падает на сопротивлении дросселя Др₁ - U_оа". Пусть входное напряжение увеличилось на величину аб. Это вызывает увеличение напряжения на нагрузке на величину а'б'. Наглядно видно, что а'б' в несколько раз меньше участка аб. Реально стабилизаторы ослабляют колебания входного напряжения в 5¸10 раз.

Таким образом, дроссель, включенный параллельно нагрузке и работающий в режиме насыщения, способен сглаживать броски напряжения на входе цепи.