ДРОСЕЛІ НАСИЧЕННЯ

Дроселі насичення без підмагнічування

На рис. 6.1 приведена схема ДН з однією обмоткою, підключеної до джерела змінної напруги e (t) послідовно з активним навантаженням R _n . Нехтуючи активним опором обмотки дроселя і потоком розсіювання, запишемо, згідно з другим законом Кірхгофа, рівняння для миттєвих значень:

де e (t) - напруга джерела живлення; і _н і і _я - напруга на навантаженні і дроселі, відповідно; i _u (t) - струм навантаження; ^ (t) - потоко- сцеіленіе.

Для посилення ефекту насичення муздрамтеатр ДН виконують з магнитомягких матеріалів з високою ірямоугольностью петлі гистерезиса і малої коерцитивної силою Н _з . Зокрема, сплави типу 50НП, 68НМП, 37НКДП мають коефіцієнт прямокутне ™ 0,94-0,98, що дозволяє при вивченні принципу дії ДН застосувати поняття ідеальної прямокутної характеристики намагнічування В (Н) (рис. 6.2, а). Це дуже важливе допущення дає можливість вважати:

• - на вертикальній ділянці характеристики В (Я), тобто на етапі перемаг- нічіванія, магнітна проникність матеріалу муздрамтеатру, індуктивність і реактивний опір дроселя рівні нескінченності, тобто намагнічує струм і відповідно i _H (t) теоретично рівні нулю;
• - при насиченні (горизонтальні ділянки) магнітна проникність, індуктивність, реактивний опір і швидкість зміни потокосцепления с№ / ск дорівнюють нулю.

Мал. 6.1. Схема найпростішого дроселя насичення без підмагнічування

Тоді для ненасиченого і насиченого станів дроселя вираз (6.1) відповідно набуває вигляду

Прийняті допущення дозволяють розглядати ДН як ідеальний ключ:

• - поки муздрамтеатр ненасичений, все напруга джерела докладено до обмотці дроселя, а струм навантаження i _H (t) дорівнює нулю, тобто ключ розімкнути;
• - при насиченні муздрамтеатру, навпаки, все напруга докладено до навантаження, тобто ключ замкнутий.

Зміна індукції в магнітоіроводе відбувається під дією напруги харчування

де N - число витків обмотки дроселя; S - площа поперечного перерізу магнітопроводу.

Якщо A B {t) за півхвилю періоду напруги живлення не досягає значення 2B _S , дросель працює в ненасиченому режимі, тобто ключ постійно розімкнути. В іншому випадку, дросель на кожній полуволне напруги буде насичуватися (рис. 6.2, 6 ), що відповідає періодичному замикання ключа. Кордон переходу від ненасиченого режиму до режиму періодичного насичення визначається умовою

де Е _з р - середнє за напівперіод напруга джерела живлення; / - частота напруги.

Мал. 6.2. Принцип дії ДН без підмагнічування:

а - ідеальна прямокутна петля гистерезиса; б - ілюстрація разомкнутого і замкнутого станів ключа; в - струм навантаження

Діаграма струму навантаження при синусоїдальній напрузі живлення наведена на рис. 6.2, в. Кут насичення a _s (момент замикання ключа) знайдемо з рівняння

тоді

При a _s . = Тт отримаємо граничне значення напруги насичення E _s :

При напрузі джерела більше E _s значення інтеграла (вольт секундна площа) у натуральному вираженні (6.6) є константою і визначається тільки параметрами ДН. Це властивість часто використовується при створенні різних стабілізуючих пристроїв. Згідно зі слів (6.5) ДН може бути також використаний як датчик середнього значення напруги (при / = const) або частоти (при Е = const).

Діаграма струму навантаження подібна одержуваної при вертикально-фазовому управлінні електронним ключем. Тому ДН часто називають магнітним ключем. Відзначимо, що в реальному дроселі струм навантаження па інтервалі перемагничивания і напруга на дроселі при насиченні будуть дещо відрізнятися від нуля.