2. Схемы замещения и векторные диаграммы магнитной цепи идеализированного дросселя

Ввиду наличия связи между электрическими и магнитными величинами дросселя можно дать схемы замещения для его магнитной цепи. Намагничивающая сила (н. с.) при этом соответствует току:

Эти магнитные величины по каждой из гармоник как по величине, так и по фазе легко определяются через соответствующие входные величины напряжения и тока. Намагничивающая сила по каждой из гармоник совпадает при этом по фазе с током, а поток отстает от напряжения на угол в 90°.

Поток Ф и намагничивающая сила F по каждой из гармоник связаны между собой законом Ома:

где и — комплексные магнитные сопротивления и проводимости магнитной цепи дросселя.

Величины F и Ф сдвинуты по фазе на угол и, следовательно, их можно разложить на ортогональные составляющие, отличные от нуля.

Для магнитной цепи идеализированного дросселя можно дать две схемы замещения. Последовательная схема замещения отображается первым уравнением; параллельная — вторым.

Такие схемы приведены на рис. 3.7,в и г.

А. Параллельная схема магнитной цепи идеализированного дросселя без зазора в магнитопроводе.

По величинам F и Ф, рассчитанным по уравнениям (3.27) и (3.28), можно определить параметры схемы замещения магнитной цепи идеализированного дросселя. При питании последнего напряжением произвольной формы имеем

Схема замещения и векторная диаграмма, соответствующие этим уравнениям, приведены на рис. 3.7,в и 3.8,в. В схеме источник н. с. изображен в соответствии с физикой процессов, протекающих в дросселе [70]. В векторной диаграмме рис. 3.8,в вектор н. с. совмещен с осью действительных величин. Магнитный поток разложен на составляющие. Первая составляющая совпадает по фазе с н. с. и представляет собой реактивную составляющую потока, а вторая — активную составляющую. Последняя осуществляет передачу энергии в сталь сердечника, она преобразуется в тепловую. Действие этой составляющей вызывает в электрической цепи появление э. д. с., совпадающей по фазе с током, которая и соответствует для данной гармоники величине потерь в обмотке, вносимых сердечником. Реактивная составляющая потока наводит в электрической цепи э. д. с., сдвинутую по фазе относительно тока на 90°, которая определяет индуктивность дросселя по данной гармонике.

Заметим, что в отличие от принятого обозначения комплексов электрических величин здесь мнимой частью комплексного числа отражается активный процесс, а вещественной — реактивный процесс. Это сделано для упрощения согласования между собой электрических и магнитных величин, так как из выражения (3.28) видно, что напряжение и поток связаны между собой величиной .

Б. Последовательная схема замещения магнитной цепи идеализированного дросселя без зазора в магнитопроводе.

Параметры последовательной схемы замещения магнитной цепи по каждой из гармоник равны

Для этой схемы в качестве исходной величины принят поток, и поэтому имеем

Схема замещения для этого случая приведена на рис. 3.7,г; векторная диаграмма — на рис. 3.8,г; направление вектора потока совмещено с осью вещественных величин. На этой схеме н. с. представлена состоящей из двух слагающих, из которых совпадает по фазе с потоком и является реактивной составляющей, сдвинута по фазе относительно потока на 90° и является активной составляющей.

Параметры магнитной цепи дросселя имеют вполне определенную связь с параметрами его электрической цепи:

Как видим, сопротивления электрической цепи дросселя пропорциональны магнитным проводимостям сердечника, а ее проводимости — соответствующим магнит сопротивлениям. Эти связи позволяют по параметрам магнитной цепи определить параметры электрической цепи и наоборот.

Схемы замещения — последовательная и параллельная — однозначно характеризуют дроссель и дают одинаковые результаты. Однако следует отметить, что при синусоидальном напряжении на зажимах дроссель лучше характеризовать параллельной схемой для электрической цепи и последовательной для магнитной, а при питании синусоидальным током — последовательной схемой для электрической цепи и параллельной для магнитной.

Из сопоставления всех схем замещения и векторных диаграмм можно заметить, что последовательной схеме замещения электрической цепи соответствует параллельная схема замещения магнитной цепи и, наоборот, параллельной схеме замещения электрической цепи соответствует последовательная схема магнитной цепи.

Рис. 3.10. Схемы замещения магнитной цепи дросселя с зазором: а — последовательная; б — параллельная.

Векторная диаграмма потоков, построенная по параметрам магнитной цепи, идентична векторной диаграмме напряжений, построенной по параметрам электрической цепи, причем положение их фиксировано — потоки отстают от соответствующих напряжений на 90°. Векторные диаграммы токов и н. с. подобны.

Комплексы магнитных величин М следует изображать через угол потерь

Знак плюс берется тогда, когда за основной вектор принимается поток, а минус, когда принимается н. с.

В. Схемы замещения магнитной цепи идеализированного дросселя с зазором в магнитопроводе.

Схему замещения магнитной цепи идеализированного дросселя и соответствующую ей векторную диаграмму можно получить и для идеализированного дросселя с зазором в магнитопроводе по электрическим величинам — току и напряжению. На рис. 3.10,а приведена для общего случая последовательная схема замещения магнитной цепи дросселя с зазором. Векторная диаграмма для нее дана на рис. 3.11,а; напряжение на диаграмме совмещено с осью мнимых величин. Параллельная схема замещения магнитной цепи дросселя с зазором приведена также для общего случая на рис. ; соответствующая ей векторная диаграмма — на рис. .

Рис. 3.11. Векторные диаграммы дросселя с зазором в магнитопроводе: а — для последовательной схемы; б — для параллельной схемы.