6. Катушка с магнитопроводом в цепи переменного тока

Катушка с магнитопроводом является одним из электромагнитных устройств, которое используется в электротехнических устройствах, работающих на переменном токе. Она состоит из обмотки, выполненной из медного или алюминиевого провода и ферромагнитного сердечника (магнитопровода). Форма катушки может быть различной.

При включении катушки на синусоидальное напряжение u в ней возникает переменный ток i и переменная магнитодвижущая сила F = i∙w. МДС приводит к появлению синусоидального магнитного потока Ф=Ф_m∙sinωt, который разделяется на две части.

Основной магнитный поток Ф₀ замыкается по сердечнику (магнитопроводу), другая часть – меньшая – замыкается по воздуху и частично по сердечнику и называется потоком рассеяния Ф_р. Оба этих потока пересекают витки обмотки и наводят в них э.д.с. – э.д.с. от основного потока и э.д.с. рассеяния.

При протекании тока по обмотке происходят потери на нагрев проводов – электрические потери Р_эл=I²R.

Кроме этого, в сердечнике происходят магнитные потери Р_м=Р_г+Р_в, состоящие из потерь на циклическое перемагничивание Р_г и потерь на вихревые токи Р_в.

Для уменьшения потерь на гистерезис используют магнитомягкие материалы.

Потери на вихревые токи уменьшают путем повышения электрического сопротивления сердечника:

1. Используются ферромагнитные материалы с высоким электрическим сопротивлением;

2. Сердечник выполняется шихтованным, т.е. набранным из тонких пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга. Обычно на пластины наносят слой лака.

С ростом частоты магнитные потери увеличиваются, поэтому при частотах свыше 20 кГц сердечники, как правило, не используют.

При расчете магнитных цепей используют схемы замещения. Существует два вида схем замещения катушки – с параллельным и последовательным соединением элементов.