Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Пояснения к работе. Дроссели насыщения используют в качестве регулируемых индуктивных сопротивлений в цепях переменного тока






Дроссели насыщения используют в качестве регулируемых индуктивных сопротивлений в цепях переменного тока, в отличие от дросселей переменного тока и сглаживающих дросселей имеют не менее двух обмоток (рис. 3.1).

Одна обмотка (рабочая) включается в цепь переменного тока последовательно с сопротивлением нагрузки; другая (называемая управляющей) – в цепь постоянного тока. Воздушные зазоры в сердечнике дросселя насыщения должны отсутствовать.

Как известно, при отсутствии воздушных зазоров в сердечнике дросселя наблюдается значительное изменение индуктивности при изменении тока
(рис. 2.2). Это свойство лежит в основе работы дросселя насыщения.

 

На рис. 3.1 приведена простейшая схема, в которой дроссель насыщения состоит из двух одинаковых дросселей; каждый из них имеет по две обмотки. Рабочие обмотки обоих дросселей могут быть соединены между собой последовательно (рис. 3.1а) или параллельно (рис. 3.1б), а их управляющие обмотки – последовательно и встречно. Электродвижущие силы, индуктируемые в управляющих обмотках переменными магнитными потоками, равны по величине, но противоположны по знаку и поэтому взаимно компенсируются. Вследствие этого суммарная ЭДС, индуктируемая в обмотках управления при отсутствии управляющего сигнала, равна нулю.

Если подключить обмотку управления к источнику постоянного напряжения, то в каждом из сердечников, кроме переменного потока Ф », созданного рабочими обмотками, появляется и постоянный поток Ф =, созданный обмотками управления. Изменяя величину тока в этой обмотке, получаем возможность изменять величину индуктивности дросселей в широких пределах.

 

а) б)

 

Рис. 3.1. Схемы дросселей насыщения на двухстержневых сердечниках:

а) – последовательное соединение; б) – параллельное соединение

 

Схемы, приведенные на рис. 3.2, в которых используется лишь одна управляющая обмотка, более совершенны.

 

а) б)

 

Рис. 3.2. Схемы дросселей насыщения с одной обмоткой управления:

а) – на двух сердечниках; б) – на одном трехстержневом сердечнике

 

На рис. 3.2а приведена схема дросселя насыщения с двумя сердечниками. Рабочие обмотки размещаются на двух крайних стержнях; обмотка управления охватывает два средних стержня. На рис. 3.2б при том же размещении обмоток используется лишь один трехстержневой сердечник. Как в одной, так и в другой схеме рабочие обмотки соединяются таким образом, чтобы их магнитные потоки в сердечниках, охватываемых обмоткой управления, были направлены встречно. В этом случае результирующий переменный магнитный поток, пронизывающий обмотку управления, в любой момент времени равен нулю и в ней не наводится ЭДС. Таким образом, в отличие от рассмотренной схемы рис. 3.1 в схемах рис. 3.2 имеет место компенсация не ЭДС, а магнитных потоков.

Следует указать на различие схем, изображенных на рис. 3.2 а и б. В первой схеме между двумя сердечниками имеется немагнитный зазор, и поэтому переменные магнитные потоки каждого дросселя замыкаются через средние стержни своих сердечников, во второй схеме средний стержень не содержит зазора и суммарный магнитный поток в нем всегда равен нулю. Это приводит к неполному использованию объема стали сердечника, что является существенным недостатком схемы рис. 3.2 б.

Физические процессы в сердечнике дросселя насыщения при его намагничивании переменным током, протекающим по рабочей обмотке, и постоянным током, протекающим по обмотке управления, сходны с процессами, протекающими в сглаживающем дросселе. Физически уменьшение индуктивности с увеличением подмагничивающего тока связано с тем, что по мере увеличения этого тока магнитопровод дросселя все более и более насыщается.

Основной особенностью дросселей насыщения по сравнению со сглаживающими дросселями является значительно большая величина переменной составляющей магнитного поля. Обычно в дросселях насыщения напряженности постоянного и переменного магнитного поля имеют величину одного порядка.

Это обстоятельство, а также нелинейный характер зависимости между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля существенно усложняют физические процессы в цепях с дросселями насыщения.

Рассмотрим процессы, имеющие место в цепи, питаемой переменным синусоидальным напряжением, при последовательном соединении работающих обмоток дросселя насыщения с активным сопротивлением нагрузки (рис. 3.3) и при отсутствии подмагничивания.

Рис. 3.3. Кривые мгновенных значений магнитных величин:

а) – схема включения дросселя насыщения; б) – искажение кривой напряженности поля при синусоидальной индукции; в) – искажение кривой индукции при синусоидальной напряженности поля

 

В этой схеме магнитная индукция в сердечнике меняется по динамической петле перемагничивания (рис. 3.3б), площадь которой пропорциональна потерям на циклическое перемагничивание (гистерезис) и на вихревые токи.

Форма кривых мгновенных значений магнитной индукции и напряженности магнитного поля (или удельных ампер-витков намагничивания) зависит как от формы петли перемагничивания, так и от соотношения между активным Rн и индуктивным Х сопротивлениям цепи. Возможны два крайних режима работы.

1. При Rн = 0 и Х ¹ 0 (т. е. когда напряжение сети переменного тока приложено непосредственно к рабочим обмоткам дросселя насыщения) магнитная индукция в сердечнике синусоидальна, напряженность поля несинусоидальна (рис. 3.3 б).

2. При Rн ¹ 0 и Х = 0 ток в цепи, а следовательно, и напряженность поля не искажаются, а магнитная индукция в сердечнике несинусоидальна
(рис. 3.3 в).

На практике всегда Rн ¹ 0 и Х ¹ 0, и поэтому в той или иной мере искажены как кривая магнитной индукции, так и кривая напряженности магнитного поля.

Подключим обмотку управления схемы рис. 3.3а к источнику постоянного тока. Если напряженность постоянного магнитного поля достигает значений, близких к напряженности переменного магнитного поля, то условия перемагничивания существенно изменяются, так как при этом нарушается симметрия петли перемагничивания. В течение одного полупериода напряженности постоянного и переменного полей противоположны, а в течение второго полупериода совпадают по направлению. В ту часть периода, когда направления напряженностей противоположны, необходимо затрачивать дополнительную энергию со стороны источника переменного тока, чтобы изменить на обратное направление намагниченности в сердечнике, созданное постоянным магнитным полем. В ту же часть периода, когда направления напряженностей совпадают, дополнительной затраты энергии не требуется.

Примерная форма петель перемегничивания, для схемы рис. 3.3а при различных значениях напряженности постоянного магнитного поля, приведена на рис. 3.4.

Значительное искажение формы петли перемагничивания при наложении на сердечник дросселя насыщения постоянного магнитного поля приводит к еще большим искажениям кривых магнитной индукции и напряженности переменного поля.

Из рассмотренных кривых магнитной индукции и напряженности поля при отсутствии подмагничивания постоянным магнитным полем видно (рис. 3.3), что они симметричны относительно оси абсцисс и содержат только нечетные гармоники. При наличии же подмагничивания симметрия этих кривых нарушается, и поэтому они содержат так же и четные гармоники.

Наличие высших гармоник в кривых магнитной индукции и напряженности магнитного поля оказывает существенное влияние на форму кривых тока в цепи дросселя насыщения и напряжения на его зажимах.

При параллельном соединении рабочих обмоток четные гармоники тока, протекающего в каждой из обмоток, могут замыкаться по контуру, образованному этими обмотками, не выходя в сеть. Ток, потребляемый дросселем насыщения из сети, будет при этом содержать только нечетные гармоники. Напряжение на зажимах рабочих обмоток в общем случае содержит лишь нечетные гармоники. Напряжение на зажимах обмотки управления содержит только четные гармоники, так как нечетные гармоники ЭДС при встречном включении двух полуобмоток управления компенсируются; четные же гармоники суммируются.

В дросселях насыщения с последовательным соединением рабочих обмоток четные гармоники тока могут замыкаться только через цепь управления. Здесь, как и в предыдущем случае, ток, потребляемый из сети, и напряжение на зажимах рабочих обмоток дросселя насыщения содержат только нечетные гармоники.

 

 

Рис. 3.4. Динамические петли перемагничивания при различных

значениях напряженности постоянного магнитного поля

 

 

Дроссель насыщения с последовательным соединением рабочих обмоток обладает меньшей инерционностью по сравнению с дросселем насыщения, у которого рабочие обмотки соединены параллельно. В этой схеме при изменении тока в обмотке управления, а следовательно, и постоянного потока подмагничивания по контуру, составленному из рабочих обмоток, протекает ток переходного процесса, замедляющий по закону Ленца изменение этого потока. Скорость изменения переходного тока определяется постоянной времени этого контура, которая достигает больших значений из-за малого активного сопротивления рабочих обмоток и их большого индуктивного сопротивления. Поэтому дроссели насыщения с параллельным соединением рабочих обмоток применяются редко.

Индуктивность дросселя насыщения, работающего с подмагничиванием постоянным током, может быть определена на основании выражения (3.1), в которое следует подставлять отношение максимального значения переменного магнитного потока в сердечнике дросселя к максимальному значению переменного тока рабочей обмотки Фmax/Imax при наличии подмагничивания:

 

, (3.1)

 

где Е – величина ЭДС, индуктированной в обмотке дросселя; f – частота питающей сети дросселя; – число витков обмотки дросселя.

Из сравнения динамических петель перемагничивания (см. рис. 3.4) видно, что величина этого отношения, а следовательно и индуктивность дросселя уменьшаются с увеличением постоянного тока подмагничивания.

Основной характеристикой дросселя насыщения является зависимость нагрузки Iн от тока управления. Эта зависимость, называемая нагрузочной характеристикой, приведена на рис. 3.5.

 

 

Рис. 3.5. Нагрузочные характеристики дросселя насыщения

 

При токе управления, равном нулю, индуктивность рабочих обмоток максимальна, и поэтому ток нагрузки имеет минимальное значение. Величина этого тока, называемого током холостого хода дросселя насыщения Iхх, зависит не только от индуктивности рабочих обмоток дросселя насыщения, но и от величины сопротивления нагрузки Rн. При увеличении тока управления ток нагрузки растет примерно по линейному закону; однако по мере того, как сердечник дросселя насыщения насыщается, линейный характер этой зависимости нарушается. Поскольку величина индуктивности не зависит от направления тока Iу, то кривая Iн = f (Iу) при отрицательных значениях Iу представляет собой зеркальное изображение той же кривой при положительных значениях Iу.

Для чувствительности дросселя насыщения к полярности тока управляющей обмотки вводят дополнительную обмотку, называемую обмоткой смещения. Протекающий по этой обмотке ток смещения Iсм вызывает смещение нагрузочной характеристики дросселя с оси симметрии (рис. 3.5).

 

Задание к работе

1. Изучить принцип работы дросселей насыщения.

2. Снять зависимость тока рабочей обмотки и падения напряжения на дросселе от величины тока обмотки управления.

3. Вычислить и построить зависимость индуктивности дросселя L от величины тока подмагничивания Iу.

4. Построить нагрузочную характеристику исследуемого дросселя насыщения.

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.