Desktop / 38. О форме кривой тока в катушке со стальным сердечником

ФОРМЫ КРИВЫХ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА  С ФЕРРОМАГНИТНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ (В ЦЕПЯХ СО СТАЛЬЮ)

Цепями со сталью называют электрические цепи, содержащие катушки индуктивности со стальными (ферромагнитными) сердечниками. Особенностью ферромагнитного сердечника является то, что он при намагничивании насыщается и зависимость магнитной индукции B от напряженности магнитного поля Н нелинейная и неоднозначная. Намагничивание и размагничивание сердечника происходит по несовпадающим кривым. Кривая не имеет точного аналитического выражения.

Из-за насыщения не остается постоянной и величина относительной магнитной проницаемости . Магнитный поток связан с магнитной индукцией простой зависимостью Ф=BS, а ток i, как следует из закона полного тока Hl=iW, связан с напряженностью магнитного поля зависимостью i=Hl/w.

Здесь l - средняя длина магнитной линии, w - число витков катушки. Следовательно, зависимость Ф от i будет повторять зависимость B от H, но только в другом масштабе, т.е. эта зависимость также будет нелинейной. Это приводит к тому, что индуктивность катушки с ферромагнитным сердечником изменяется в зависимости от тока. По этой причине кривая намагничивающего тока и кривая напряжения существенно различаются по форме.

Кривая намагничивания и вебер-амперная характеристика представлены для идеализированного сердечника, когда намагничивание и размагничивание его происходит по одной и той же кривой, и отсутствуют потери на перемагничивание. В действительности же за счет сил внутреннего трения в сердечнике возникают потери, называемые потерями на гистерезисе РГ. Кроме того, на переменном токе возникают потери на вихревые токи РВ. В сумме они дают потери, называемые потерями в стали Р_ст. Потери в стали пропорциональны площади петли гистерезиса, по которой происходит перемагничивание.

При анализе цепей со сталью имеют в виду рабочие точки магнитной индукции, лежащие за коленом кривой намагничивания, т.е. сердечник насыщается. Если при работе катушки сердечник не насыщается, то расчет цепи производится так же, как и цепи без стального сердечника.

На практике представляют интерес режимы, когда сердечник насыщается. В этом случае возникают явления, принципиально неосуществимые в линейных электрических цепях. Катушки с насыщающим сердечником являются основными элементами феррорезонансных стабилизаторов напряжения, умножителей частоты, релейных элементов, магнитных усилителей и других устройств, имеющих важное значение для практики. Процессы в этих устройствах достаточно сложны, чтобы понять их, надо хорошо усвоить основные закономерности и количественные соотношения для простейшего ферромагнитного элемента.