ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Глава шестая
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА
В. МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ С  ПОСТОЯННОЙ И ПЕРЕМЕННОЙ МАГНИТОДВИЖУЩИМИ СИЛАМИ

6.20. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МУ

Для выяснения принципа действия МУ рассмотрим зависимость тока i рабочей цепи от степени подмагничивания магнитопроводов постоянным током управления Iу. Будем считать сначала, что потери мощности в магнитопроводе, потоки рассеяния и активные сопротивления рабочих обмоток и потребителя равны нулю. На основании известных соотношений для идеализированной катушки с ферромагнитным магнитопроводом можно утверждать следующее.

Если напряжение источника изменяется по закону

и = Um sin (ωt + π/2),

Ф1 = Фm sin ωt + Ф0; Ф2 = Фm sin ωt - Ф0,

где Ф0 — постоянная составляющая магнитных потоков; при отсутствии подмагничивания постоянным током (Iу = 0) Ф0 = 0. Следует обратить внимание на то, что при сделанных допущениях амплитуда магнитных потоков Фm зависит исключительно от значения напряжения источника переменного тока и, в частности, не зависит от степени подмагничивания магнитопроводов постоянным током.

Для построения графика рабочей цепи МУ необходимо иметь графики Ф1(t) и Ф2(t), а также магнитные характеристики Ф1(F1) и Ф2(F2), где Fl и F2 — результирующие МДС обмоток, расположенных на первом и втором магнитопроводах.

Графики Ф1(t) и Ф2(t) можно построить по приведенным выше выражениям. Для построения магнитных характеристик необходимо произвести расчет магнитной цепи.

На рис 6.41 приведены графики Ф1(F1), Ф2(F2), а также графики Ф1(t), Ф2(t), Fl(t) и F2(t) для случая, когда подмагничивание магнитопровода отсутствует (Ф0 = 0). Построение графиков Fl(t) и F2(t) производится в таком порядке. Задаемся, например, магнитным потоком Ф'1 = Ф'2 = Ф', после чего по графику Ф1(t) находим время t', а по графику Ф1(F1) — МДС F'1 = F'2 = F'; в системе координат F1, t при времени t' откладываем МДС F'1.

Когда подмагничивание магнитопроводов отсутствует, F1 = i1w и F2 = i2w. Сложив МДС, получим F1 + F2 = (i1 + i2)w.

Ho i1 + i2 = i, поэтому F1 + F2 = iw, откуда i = (F1 + F2)/w.

Как видно, ток i рабочей цепи пропорционален сумме МДС. Сложив МДС F1 и F2 при различных значениях времени, получим график F1 + F2 = f(t), представляющий собой в другом масштабе график тока i(t).

Рис. 6.41. К построению графика тока   рабочей   цепи    МУ    при Iу = 0 и Ф0 = 0

Рис. 6.42. К построению графика тока    рабочей    цепи    МУ    при Iу ≠ 0 и Ф0 ≠ 0

Графики Ф1(F1), Ф2(F2), а также графики Ф1(t), Ф2(t), F1(t) и F2(t) при подмагничивании магнитопроводов постоянным током приведены на рис. 6.42. Построение графиков F1(t) и F2(t) производится в порядке, изложенном выше. При подмагничивании магнитопроводов F1 = i1w + Iywy и F2 = i2w - Iywy .

После сложения МДС получим F1 + F2 = (i1 + i2)w = iw, откуда, как и раньше, i = (F1 + F2)/w.

График F1 + F2 = f(t) на рис. 6.42 в другом масштабе представляет собой график тока i(t).

Сравнивая графики i(t) МУ без подмагничивания и с подмагничиванием, видим, что во втором случае максимальное значение тока i заметно больше. Наибольшее значение максимального тока получается тогда, когда магнитопроводы полностью насыщены в течение всего периода изменения потоков.

Если несинусоидальный ток i рабочей цепи заменить эквивалентным синусоидальным током, то последний будет сдвинут по фазе относительно напряжения источника на 90. Учитывая это, рабочие обмотки можно рассматривать как элементы, имеющие некоторое индуктивное сопротивление x0, связанное с действующими значениями напряжения и эквивалентного синусоидального тока рабочей цепи соотношением х0 = U/I.

Значение сопротивления х0 при данном напряжении источника зависит от степени подмагничивания магнитопроводов постоянным током. При Iу = 0 сопротивление х0 будет наибольшим. Наименьшее сопротивление х0 получим при таком токе Iу, при котором магнитопроводы оказываются полностью насыщенными  в  течение  всего  периода  изменения  потоков.

Если в цепь рабочих обмоток включить приемник электрической энергии, то, изменяя с помощью тока управления индуктивное сопротивление х0, можно менять ток, напряжение и мощность потребителя.

Расчет МУ производят обычно таким образом, чтобы при отсутствии подмагничивания амплитуда магнитных потоков была наибольшей, но чтобы магнитопроводы не были насыщены в течение всего периода изменения потоков.

С целью уменьшения тока i приемника при Iу = 0, а также тока Iу, необходимого для перевода магнитопровода в полностью насыщенное состояние в течение всего периода изменения магнитного потока, магнитопроводы МУ изготовляют обычно из ферромагнитного материала с «прямоугольной» петлей гистерезиса (см. рис. 6.43, а) и стремятся свести к минимуму воздушные зазоры в магнитопроводе.