Называется статическое электромагнитное устройство, предназначенное для использования в качестве регулируемого и нерегулируемого индуктивного сопротивления

Другими номинальными параметрами дросселя являются:

Основные характеристики



(Вебер-амперная хар-ка ) (Зависимость индуктивности от зазора)

При введении немагнитного зазора длиной, имеющего линейную характеристику намагничивания, суммарная кривая намагничивания приближается к линейной, и насыщение наступает при большем токе , чем у дросселя без зазора.

Особенности работы сглаживающих дросселей. Характеристики

Згладжуючі дроселі використовуються у випрямлячах для зменшення пульсацій в колах випрямленої напруги. Згладжуючий дросель, як і дросель змінного струму, складається із замкнутого магнiтопроводу і однієї обмотки. Обмотка згладжуючого дроселя вмикається послідовно з навантаженням і обтікається випрямленим струмом.

Як відомо, в будь-якій схемі випрямлення струм має пульсуючий характер. Його можна представити у вигляді суми постійної і ряду змінних складових різноманітних частот, що змінюються за синусоїдальним законом.



де Iмакс і w - амплітуда і частота основної гармоніки.

3

2

1

L

Io

L₃₁=0

L₃₂33

Рис. 2. Крива залежності індуктивності згладжуючого дроселя від струму підмагнічування при різних величинах немагнітного проміжку

2 Ф _{макс 2}

I₀₃

I₀₂

t

t

t

I _макс

I _макс

I _макс

2 Ф _{макс 1}

1

2

2 Ф _{макс 3}

3

Ф

I

Рис. 1 (Вебер-амперна характеристика ) Робота згладжуючого дроселя при підмагнічуванні.

Вебер-амперна характеристика

Розглянемо фізичні процеси в сердечнику згладжуючого дроселя при його намагнічуванні пульсуючим струмом виду. На рис. 1 наведені для порівняння криві зміни магнітного струму в сердечнику при намагнічуванні синусоїдальним струмом для двох режимів роботи: за відсутності та при наявності підмагнічування постійним струмом.

При циклічному намагнічуванні сердечника магнітний струм змінюється за замкнутою петлею, що носить назву несиметричної петлі намагнічування.

Для випадку, коли постійне підмагнічування відсутнє, ця петля зображує криву 1, симетричну щодо кривої початкового намагнічування. При наявності постійного підмагнічування процес намагнічування іде по окремим петлям перемагнічування (криві 2 і 3). Окремі цикли характеризуються збільшеною площею, тобто зростанням втрат, порушенням симетрії петлі щодо кривої початкового намагнічування і зменшення нахилу по відношенню до осі абсцис. Очевидно, що індуктивність дроселя зменшується із збільшенням струму підмагнічування.

Фізично зменшення індуктивності із збільшенням підмагнічуючого струму пов'язане із тим, що при збільшенні цього струму магнiтопровід дроселя все більше й більше насичується.

Введення в магнітне коло повітряного проміжку дозволяє зменшити падіння індуктивності із збільшенням підмагнічуючого струму. При наявності проміжку сумарна крива намагнічування дроселя спрямляється, а його магнiтопровід насичується при відносно великих значеннях струму, ніж магнiтопровід дроселя, що не має проміжку. Із рис. 2 видно, що при збільшенні струму підмагнічування треба вибирати більше значення немагнітного проміжку для збільшення індуктивності дроселя.

Дроссель переменного тока. Особенности работы и характеристики.

Дроссели могут быть подразделены и по виду воЛьт-амперной характеристики: линеаризированные -с зазором в магнитопроводе или с ненасыщенным замкнутым сердечником, и нелинейные - без зазора в насыщенном магнитопроводе или с сильно насыщенным сердечником с зазором. Нелинейность дросселя иногда регламентируется: квадратичная, степенная и т. д.



Рис. 3.1. Схема электрической цепи дросселя, г - сопротивление обмотки дросселя; - индуктивность рассеяния; ИД - идеальный или идеализированный дроссель.



(Вебер-амперная хар-ка ) (зависимость индуктивности от зазора)

Сглаживающие дроссели предназначены для ослабления пульсации выпрямленного напряжения. Такой дроссель имеет обычно немагнитный зазор. Дело в том, что в обмотке дросселя протекают как переменные, так и постоянные токи: , где  - первая гармоника переменной составляющей.
     Высшие гармоники можно не учитывать, так как  растет с ростом частоты. , то есть существует постоянное подмагничивание, которое вызывает насыщение сердечника и, как следствие этого, уменьшение и дросселя.
     Если уменьшается , то уменьшается .
     При введении немагнитного зазора длиной , имеющего линейную характеристику намагничивания, суммарная кривая намагничивания приближается к линейной, и насыщение наступает при большем токе , чем у дросселя без зазора.


Дроссель с подмагничиванием. (управляемый дроссель)

Управляемый дроссель – катушка индуктивности с магнитопроводом. Характеризуется переменным индуктивным сопротивлением, обусловленным подмагничиванием ферромагнитного сердечника постоянным током. Ток в рабочей обмотке дросселя можно изменять по величине путем изменения магнитной проницаемости магнитопровода, подвергая его одновременному воздействию переменной и постоянной м.д.с.

При изменении значения постоянного тока обмотки управления изменяется магнитное сопротивление сердечника дросселя, а следовательно, значение индуктивности рабочей обмотки и ток в ней.

, ,

где S – сечение магнитопровода; _p – число витков рабочей обмотки; l – средняя длина магнитной линии магнитопровода.

При подмагничивании магнитопровода дросселя постоянным током вследствие изменения его магнитного состояния уменьшается индуктивность рабочей обмотки и возрастает ток дросселя.

Вследствие того, что индуктивность рабочей обмотки дросселя зависит только от абсолютного значения подмагничивающего тока и не зависит от его полярности. Характеристика управления дросселя I_р (I_упр) оказывается симметричной относительно оси ординат.

На вид характеристики управления дросселя влияет напряжение, приложенное к рабочей обмотке, материал сердечника и соотношение числа витков рабочей обмотки и обмотки управления дросселя.

Схема простейшего управляемого дросселя малопригодна для широкого применения, так как в обмотке управления с большим числом витков наводится значительная переменная ЭДС вследствие прямой трансформаторной связи между рабочей обмоткой и обмоткой управления. Кроме того, переменный ток в цепи нагрузки дросселя существенно искажает свою форму.

Поэтому для создания МУ используются конструкции, основанные на двух О-образных сердечниках или на одном Ш-образном сердечнике, лишенные указанных недостатков.

Электромагнитные стабилизаторы напряжения. Достоинства и недостатки. Основные характеристики и параметры. Способы улучшения характеристик.

Электромагнитный стабилизатор напряжения представляет собой устройство, поддерживающее напряжение на определенном уровне.

Электромагнитные стабилизаторы напряжения переменного тока являются стабилизаторами параметрического типа. Их подразделяют на следующие виды: с насыщенным трансформатором или дросселем, феррорезонансные. Отдельно рассматриваются стабилизаторы дроссельного типа. 

Электромагнитными стабилизаторами напряжения называются такие, в которых стабилизирующим элементом является дроссель или трансформатор с магнитонасыщенным сердечником.

Расчет электромагнитных стабилизаторов напряжения, в особенности феррорезонансных, производится по приближенным эмпирическим формулам, так как точные аналитические соотношения весьма сложны из-за нелинейности характеристик элементов схем. Весь расчет элементов схем стабилизаторов сводится к расчету обмоток, магнитопроводов и емкости конденсаторов.

Параметры и показатели электромагнитных стабилизаторов напряжения значительно улучшаются, если в них используется резонанс тока. Простейшая схема стабилизатора с резонансом тока показана на рис. 3. С целью большей наглядности стабилизатор выполнен на двух магнитопроводах, один из которых / - не насыщен, а второй 2 - насыщен. Индуктивность L и конденсатор С образуют резонансный контур. При его настройке в резонанс с частотой питающего напряжения в обмотке создается большой ток намагничивания при малом потребляемом из сети токе, так как ток намагничивания определяется током в контуре, а он при резонансе в tQ раз больше потребляемого тока, где Q - добротность контура. За счет этого улучшается коэффициент мощности и повышается кпд стабилизатора.

Основными плюсами такого типа являются быстрая скорость стабилизации (более 100В в секунду) и теоретически широкий температурный рабочий диапазон (-40..+50ºС). А при отсутствии перегрузок электромагнитный стабилизатор имеет большой срок службы. 
Но у данного типа минусы скорее перевешивают плюсы:

---узкий диапазон входных напряжений (170-250В), так как электромагнитные стабилизаторы крайне чувствительны к перегрузкам (не выдерживают перегрузки более 50% в течение нескольких секунд);

---решение проблемы плавающей стабилизации напряжения (хотя есть модели с декларируемой точностью 1%) на выходе приводит к повышению стоимости;

---большой вес;

---постоянный шум (гудение) при работе;

---сильное искажение напряжения сети и сильнейшая генерация высоких гармоник из-за нелинейности характеристик стали сердечника и системы переключения (что особенно влияет на работу компьютеров и аудиосистем). Применение специальных фильтров в конструкции стабилизатора уменьшает искажение формы выходного сигнала, но увеличивает стоимость;

---высокая чувствительность к отклонению частоты сети от 50Гц;

---стабилизатор не может работать при нагрузке меньше 10-20% от номинальной, так как необходим определенный ток для намагничивания стали сердечника;

---трехфазные стабилизаторы (в отличие от вышеописанных типов) чувствительны к перекосу фаз.


Рис 2. Диаграммы параллельных контуров ( при резонансе тока.



Рис3. Простейшая схема

стабилизатора с резонансом тока

Рис 1. Схемы включения нелинейного элемента для стабилизации напряжения. а) схема, стабилизирующая напряжение. б) вольт-амперная характеристика нелинейного элемента,


Явление феррорезонанса. Отличие от явления резонанса в электрических цепях.

В электрических цепях при последовательном или параллельном соединении нелинейной катушки индуктивности и емкостного элемента при плавном изменении напряжения или тока источника питания наблюдается явление скачкообразного изменения соответственно тока в цепи или напряжения на элементах цепи. В электротехнике такие явления называются феррорезонансными. 
         В разветвленных цепях с различной схемой соединения нелинейных катушек и конденсаторов возникают более сложные явления, которые невозможно рассматривать отдельно как феррорезонанс напряжений или токов. В общем случае феррорезонансные явления характеризуются скачкообразным переходом из режима сильного насыщения сердечника ферромагнитной катушки индуктивности в слабонасыщенный режим или наоборот. При этом возникают скачки напряжения и тока в обмотке нелинейной катушки. Если обмотка катушки не рассчитана на работу в режиме сильного насыщения, то перенапряжения и протекание через обмотку токов, превышающих предельно допустимый ток, могут привести к тепловому разрушению изоляции обмотки и витковым замыканиям. 
         Точный анализ феррорезонансных явлений ввиду несинусоидальности формы кривых напряжения и тока представляет значительные трудности. Поэтому, чтобы рассмотреть процессы, протекающие в простейших схемах с последовательным и параллельным соединением катушки с ферромагнитным сердечником и конденсатора, принимаются следующие допущения: 
--- в исследуемой цепи отсутствуют потери; 
--- несинусоидальные кривые напряжения и тока заменяются эквивалентными синусоидами, равными первым гармоникам действительных кривых (то есть не учитываются высшие гармоники); 
--- угол сдвига фаз между эквивалентными синусоидами напряжения и тока катушки . 
         В электроэнергетике под феррорезонансными понимаются явления, возникающие в электрических сетях при образовании схем с электромагнитными трансформаторами и емкостями сети. Такие явления характеризуются длительными перенапряжениями и токовыми перегрузками обмоток трансформаторов, что обусловлено скачкообразным насыщением магнитопроводов. Так как трансформаторы не рассчитаны на длительную работу в режиме сильного насыщения, то происходит их повреждение. Возникающие при этом перенапряжения также опасны для измерительного оборудования и средств защиты силового оборудования. 

Феррорезонанс бывает в параллельной (феррорезонанс токов, параллельное соединение катушки и конденсатора) и последовательной (феррорезонанс напряжений, последовательное соединение катушки и конденсатора) цепи.

В отличие от резонанса напряжений в линейных цепях, где явление резонанса возникает при изменении параметров цепи или частоты источника питания, явление феррорезонанса возникает и при изменении величины напряжения сети.

В отличие от линейной электрической цепи, в которой изменение величины приложенного напряжения ( или тока при питании от источника тока) не вызывает явления резонанса, в нелинейной цепи с ферромагнитным элементом возможны изменения знака угла сдвига фаз между основными гармониками напряжения и тока при изменении напряжения ( или тока) источника питания. При анализе явления феррорезонанса в целях упрощения пользуются эквивалентными синусоидами напряжения и тока в катушке.

Феррорезонанс в последовательной цепи.

       Чтобы проанализировать процессы, которые происходят при феррорезонансе напряжения, рассмотрим электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных катушки с ферромагнитным сердечником и конденсатора (рис. 1).

Рис. 1. Простейшая электрическая цепь для исследования феррорезонанса напряжений: - катушка с ферромагнитным сердечником; - конденсатор.

      С учетом принятых допущений напряжение на катушке и напряжение на конденсаторе по фазе прямо противоположны друг другу. Напряжение на зажимах цепи равно абсолютному значению разности напряжений на катушке и конденсаторе , причем возможно как преобладание над , так и над . На рис. 2 приведены зависимости напряжения на элементах цепи от тока. Зависимость напряжения на катушке от тока представляется кривой , а зависимость напряжения на конденсаторе от тока - наклонной прямой линией, проходящей через начало координат. Когда указанные зависимости не пересекаются - резонанс в цепи не возникает. Если же конденсатор имеет такую емкость, что прямая пересекается с кривой , то после вычитания из ординат кривой соответствующих ординат прямой получается кривая , определяющая значения общего напряжения при разных значениях тока. Точка пересечения кривой с осью абсцисс (ток ) является точкой резонанса напряжений, так как в этой точке напряжения , равны и взаимно компенсируются. Так как действующее напряжение - положительная величина, то кривая совпадает с кривой только при . При кривая представляет собой зеркальное отражение кривой .



Рис. 2. Зависимости напряжения на элементах цепи и действующего напряжения от тока: - напряжение на конденсаторе; - напряжение на катушке; - разность напряжений на катушке и конденсаторе; - действующее напряжение на зажимах цепи; - точка резонанса напряжений.

      На практике из-за потерь в стали и в сопротивлении обмотки, а особенно из-за искажения формы кривых тока и напряжения кривая приобретает вид, приведенный на рис 3. Данная кривая имеет несколько участков. При плавном повышении напряжения питания от нуля до (участок характеристики ) ток по фазе отстает от напряжения . В точке происходит скачок, при котором ток резко возрастает до значения, соответствующего точке и начинает опережать напряжение по фазе , т. е. происходит опрокидывание фазы. Дальнейшее возрастание напряжения (участок характеристики и выше) сопровождается плавным увеличением тока. Уменьшение напряжения до значения вызывает срыв, который сопровождается резким уменьшением тока и соответствует переходу из точки в точку .



Рис. 3. Реальная кривая действующего напряжения на зажимах цепи от тока.

      Некоторому значению напряжения источника на характеристике соответствуют три значения тока , и . Точке соответствует ток, который протекает в цепи при повышении напряжения от значения меньшего, чем , до значения . Точке соответствует ток, получающийся при снижении напряжения от значения большего, чем , до значения . Точка , лежащая в промежутке между точками скачкообразного изменения тока (точки и ), не может быть достигнута при питании цепи от источника напряжения. Характеристику при всех значениях тока можно получить в случае питания цепи не от источника напряжения, а от источника тока.

Феррорезонанс в параллельной цепи

         Если катушка с ферромагнитным сердечником и конденсатор соединены не последовательно, а параллельно, то при питании такой цепи от источника тока возможны скачки напряжения, сопровождающиеся изменением знака угла сдвига фаз между напряжением и током. Чтобы проанализировать данные резонансные явления, рассмотрим электрическую цепь, состоящую из параллельно соединенных катушки с ферромагнитным сердечником и конденсатора (рис. 4).

Рис. 4. Простейшая электрическая цепь для исследования феррорезонанса токов: - катушка с ферромагнитным сердечником; - конденсатор.

      С учетом принятых допущений ток в катушке и ток в конденсаторе по фазе прямо противоположны друг другу. Ток в неразветвленной части цепи равен абсолютному значению разности токов, протекающих через катушку и конденсатор . При этом возможно как преобладание над , так и над . На рис. 5 приведены зависимости тока в элементах цепи от напряжения. Зависимость тока в катушке от напряжения представляется кривой , а зависимость тока в конденсаторе от напряжения - наклонной прямой линией, проходящей через начало координат. Когда указанные зависимости не пересекаются - резонанс в цепи не возникает. Если же прямая пересекается с кривой , то после вычитания из абсцисс кривой соответствующих абсцисс прямой получается кривая , которая определяет общий ток при различных значениях напряжения. В точке пересечения кривой с осью ординат (напряжение ) ток в катушке компенсирует ток в конденсаторе и возникает резонанс токов. Так как действующий ток - положительная величина, то кривая совпадает с кривой только при . При кривая представляет собой зеркальное отражение кривой .

Рис. 5. Зависимости тока в элементах цепи и действующего тока от напряжения: - ток через конденсатор; - ток через катушку; - разность токов через катушку и конденсатор; - действующий ток в неразветвленной части цепи; - точка резонанса токов.

      На практике из-за потерь в стали и несинусоидальности тока в катушке даже при равенстве действующих значений и общий ток не равен нулю. Реальная зависимость между общим током и напряжением имеет вид сплошной кривой, которая приведена на рис. 6. Из вида этой кривой следует, что при постепенном увеличении (уменьшении) тока в цепи происходят резкие скачки (срывы) напряжения, аналогичные скачкам (срывам) тока при последовательном соединении и также сопровождающиеся изменением знака угла сдвига в цепи. Чтобы снять характеристику при всех значениях напряжения цепь должна питаться не от источника тока, а от источника напряжения.

Рис. 6. Реальная кривая действующего тока в неразветвленной части цепи от напряжения.

Феррорезонансные стабилизаторы переменного напряжения. Основные достоинства и недостатки.

Розглянемо контур, складений із послідовно з'єднаних індуктивності і ємності (мал. 3.1,а). Якщо зневажити активним опором, то вольт-амперну характеристику контуру можна одержати як результат додавання характеристик, властивих ємності й індуктивності (крива U_к на мал. 3.1,б). У точці А фаза напруги і знак похідної змінюються. Однак для практичних задач у багатьох випадках фаза не грає істотної ролі, тому вольт-амперну характеристику контуру можна представити кривою . З обліком активного активного опору контуру характер її декілька змінюється : точка А піднімається над віссю абсцис ( тому що для покриття активних утрат завжди необхідна деяка напруга ) , причому при зміні розміру r буде спостерігатися більший або менший підйом (на мал. 3.1, в маємо: r₁ > r₂ > r_з ).