ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Глава шестая
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА
Б. МАГНИТНЫЕ  ЦЕПИ С ПЕРЕМЕННОЙ МАГНИТОДВИЖУЩЕЙ СИЛОЙ

6.14. СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ ИДЕАЛИЗИРОВАННОЙ ОБМОТКИ И ПАРАМЕТРЫ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ

Имея векторную диаграмму (см. рис. 6.28) и соотношение (6.28), нетрудно представить себе, что идеализированной обмотке соответствует схема замещения, приведенная на рис. 6.30. Индуктивный элемент х0 в схеме замещения, обусловлен реактивным током Iр и мощностью Q', резистивный элемент r0 — активными током Iа и мощностью Р' = ΔРc.

Очевидно, мощности идеализированной обмотки могут быть выражены через сопротивления схемы замещения следующим образом:

Так как реактивный ток Iр = U'/x0, особенно при наличии воздушного зазора в магнитопроводе, значительно превышает активный ток Iа = U'/r0, то индуктивное сопротивление х0 оказывается намного меньше активного сопротивления r0; очевидно, полное сопротивление z0 схемы замещения идеализированной обмотки

z0 =	1	=	1	≈ х0.
	y0		√(1/r0)2 + (1/х0)2

Используя методику определения тока I, изложенную в § 6.13, можно вычислить токи при различных напряжениях U' и воздушных зазорах lδ и построить в. а. х. U'(I), связывающие действующее значения тока и напряжения. Указанные в. а. х. будут аналогичны по виду в. а. х. на рис. 6.26 и будут иметь указанные ранее особенности.

Рис. 6.30. Схема замещения идеализированной обмотки

Рис. 6.31. Зависимость z0 (U') ≈ ≈ x0(U') идеализированной обмотки

Рис. 6.32. Зависимость Ip(lδ) и x0(lδ) ≈ z0(lδ) идеализированной обмотки

Имея в. а. х. идеализированной обмотки и пользуясь законом Ома, согласно которому z0 = U'/I ≈ x0, можно построить график зависимости полного сопротивления схемы замещения идеализированной   обмотки   от   напряжения   на   ее   выводах Z0(U') ≈ X0(U'). Такой график для одного из воздушных зазоров приведен на рис. 6.31.

Как видно, в отличие от электромагнитных устройств с постоянной МДС, у которых сопротивление обмотки не зависит от напряжения на ее выводах, у электромагнитных устройств с переменной МДС полное сопротивление обмотки (равное примерно ее индуктивному сопротивлению) с увеличением на­пряжения изменяется. Пока напряжение относительно невелико и материал магнитопровода не насыщен, сопротивление обмотки остается примерно постоянным; по мере увеличения напряжения и степени насыщения ферромагнитного материала сопротивление значительно уменьшается.

Представляет интерес характер изменения тока и сопротивления идеализированной обмотки при увеличении воздушного зазора в магнитопроводе.

Пренебрегая активной составляющей тока ввиду его малости, можно написать

Сопротивление катушки будет

С увеличением воздушного зазора при U' = const все члены в правых частях выражений (6.38) и (6.39), кроме длины воздушного зазора lδ, остаются постоянными. Графики зависимостей Iр(lδ) ≈ I(lδ) и х0(lδ) ≈ z0(lδ), построенные в соответствии с выражениями (6.38) и (6.39), приведены на рис. 6.32.

В отличие от электромагнитных устройств с постоянной МДС, у которых с увеличением воздушного зазора при U = const сопротивление и ток обмотки остаются постоянными, у электромагнитных устройств с переменной МДС увеличение воздушного зазора приводит к значительному уменьшению со­противления и увеличению тока.

Последнее во многих случаях является весьма нежелательным, так как приводит к увеличению габаритных размеров обмотки, потребляемой индуктивной мощности и к ухудшению энергетических показателей электромагнитных устройств. Поэтому, например, в трансформаторах, магнитных усилителях и двигателях переменного тока стремятся воздушные зазоры свести к минимуму. У электромагнитов различных электротехнических аппаратов, у которых воздушный зазор необходим, исходя из принципа их действия (тормозные электромагниты, контакторы, реле и др.), приходится специально рассчитывать обмотку по нагреванию с учетом повышенных значений начальных токов, возникающих в момент подключения обмотки к источнику, когда подвижная часть магнитопровода — якорь — еще не притянулась к неподвижной части магнитопровода и воздушный зазор не ликвидирован. Для таких устройств в справочной литературе указывается обычно наибольшее допустимое число включений в час, на которое рассчитана обмотка, исходя из ее дополнительного нагревания начальными токами.

Однако зависимость тока и сопротивления обмотки переменного тока от воздушного зазора не всегда оказывается нежелательной.

Указанная зависимость широко используется в устройствах автоматики и измерительной техники, примером чему могут служить индуктивные конечные и путевые выключатели, индуктивные датчики для измерения неэлектрических величин.

В § 6.13 было сказано, что показатель степени n в (6.32) для многих ферромагнитных материалов близок к двум. В этом случае при f = const ΔРc = kU'2 и согласно (6.37) получим

r0 =	U'2	=	U'2	=	1	;
	ΔРc		kU2		k

Таким образом, сопротивление r0 схемы замещения почти постоянно и зависимость U'(Ia) близка к линейной.