Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником.

Рассмотрим влияние воздушного зазора на параметры катушки. Для упрощения будем считать, что катушка не имеет активного сопротивления и потоков рассеяния.

Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru Сначала проанализируем влияние воздушного зазора Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru на вид зависимости Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru .

Второй закон Кирхгофа для магнитной цепи:

Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru ,

Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru , Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru - магнитные сопротивления

Рис.42. Катушка с воздушным зазором сердечника и зазора.

Магнитные сопротивления соответственно равны:

Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru ; Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru .

Первая составляющая представляет собой вебер-амперную характеристику катушки без воздушного зазора ( Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru =0). Из-за насыщения сердечника эта характеристика нелинейная ( Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru - зависит от величины магнитной индукции ). Вторая составляющая зависит от величины зазора Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru и представляет собой прямую линию ( Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru - постоянная). Сложив две составляющие, можно получить результирующую вебер-амперную характеристику катушки с зазором, представленную на рис.43.

Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru Из приведенных зависимости видно, что воздушный зазор спрямляет ВАХ, делая ее более линейной на значительном участке. Также видно, что при заданном Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru с увеличением зазора намагничивающий ток катушки увеличивается, а полное сопротивление катушки Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru уменьшается.

Рис.43. ВАХ катушки с воздушным зазором

Поэтому в тех случаях, когда величина зазора не задана техническими условиями аппарата, воздушный зазор с целью уменьшения намагничивающегося тока стремятся сделать как можно меньше.

Феррорезонанс напряжений

В электрических цепях, содержащих катушки с сердечниками и конденсаторы, наблюдаются особые явления, связанные с нелинейными свойствами катушек.

Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru

Рис.44. Цепь с феррорезонансом напряжений

а) схема цепи; б) векторная диаграмма

Рассмотрим явление, возникающие в цепи, состоящей из последовательного соединения катушки и конденсатора (рис.44.а).

Предположим, что в катушке отсутствуют потери энергии. В этом случае, напряжение на катушки Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru опережает ток на 90о, Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru отстает от тока также на 90о. Векторная диаграмма для такой цепи представлена на рис.44.б, из которой можно записать:

Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru . (62)

Представим на рис.45.а зависимости Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru и Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru . Первая зависимость нелинейная и определяется видом кривой намагничивания. Результирующая зависимость Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru является также нелинейной (см.рис.45.а).

Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru

Рис.45. Феррорезонанс напряжений

а) для идеализированной цепи; б) с учетом потерь

Согласно полученной характеристике при заданном значение напряжения Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru возможно три установившихся режима цепи с токами Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru , Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru , Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru . Если приложенное напряжение больше Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru , то возможен только один определенный режим, при этом общий характер цепи емкостный.

Особая точка «а» является точкой резонанса, в этой точке Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru = Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru . В отличие от цепей с постоянными параметрами, резонанс в рассматриваемой цепи можно достичь изменением напряжения, так как индуктивность катушки зависит от протекающего тока. Это явление получило название феррорезонанса напряжения.

Область «ас» характеристики Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru является областью неустойчивых режимов. Действительно пусть установившийся режим характеризуется точкой «d». Тогда всякое случайное повышение тока приведет к уменьшению падения напряжения в цепи и к дальнейшему увеличению тока. Всякое случайное уменьшение тока, переводит состояние цепи из режима «d» в режим «e». Вследствие наличия в цепи потерь и высших гармоник, фактическая характеристика Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru цепи приобретает вид, указанный на рис.45.б. Опытным путем при изменении напряжения Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru , можно снять только часть характеристики. Участок «сb» при повышении напряжения снять нельзя, т.к. из точки «с» происходит срыв в точку «b», сопровождаемый скачком тока Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru и изменением знака угла сдвига в цепи. При уменьшении тока происходит срыв из точки «a» в точку «e».

Построить характеристику Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru для цепи, содержащей сопротивление Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru можно провести следующим образом:

1. Строят характеристику Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru .

2. Строят характеристику Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru .

3. Графическим путем находят характеристику Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru .

4. Задаются рядом значений тока Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru и находят из характеристики Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru . Напряжение сети находят по уравнению Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru , и строят зависимость Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru .

3.3.6 Феррорезонанс токов.

Схема цепи, в которой возможен резонанс токов, приведена на рис.46.а. Как и при резонансе напряжений, пренебрежем потерями в цепи и наличием высших гармоник. Векторная диаграмма цепи представлена на рис.46.б. Из диаграммы:

Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru . (63)

Общий ток Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru может быть как отстающим, так и опережающим. На рис.47.а построена ВАХ катушки и конденсаторы Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru путем графического вычитания абсцисс Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru и Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru .

Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru

Рис. 46. Цепь с феррорезонансом токов

а) схема цепи; б) векторная диаграмма

Из рис.47.а видно, что при некоторых заданных токах установившийся режим может существовать при трех различных напряжениях Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru , Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru , Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru .

Влияние воздушного зазора на ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником. - student2.ru

Рис.47. Феррорезонанс токов

а) для идеализированной цепи; б) с учетом потерь

Особая точка «а» является точкой резонанса токов. Отсюда следует, что в данной цепи в отличие от линейных цепей, резонанс можно достичь изменением напряжения. Это явление получило название феррорезонанса токов. В реальной цепи вследствии наличия потерь и высших гармоник, ВАХ видоизменяется (рис.47.б). При постепенном увеличении тока в цепи, а также и при уменьшении его, будут происходить срывы, аналогичные рассмотренным ранее, и также сопровождающиеся изменением знака угла сдвига в цепи. Для получения точек срывов необходимо иметь источник с регулируемым выходным током, а не напряжением.

Практически это можно осуществить, если последовательно с регулируемым источником включить большое линейное сопротивление.

Наши рекомендации