1.2. Номинальные параметры нелинейного дросселя

Дроссель характеризуется определенными параметрами. Так как он иногда представляет собой существенно нелинейный элемент, то его параметры не однозначны. Их можно разбить на две группы: номинальные, характеризующие дроссель как самостоятельное изделие, и расчетные, характеризующие его как элемент конкретной схемы.

Номинальные параметры дросселя следует находить или определять при строго оговоренных условиях. Мы будем определять их при синусоидальном напряжении на зажимах обмотки с указанием величины напряжения и частоты.

Номинальные параметры должны в полной мере гарантировать срок службы дросселя и его надежную работу в конкретной схеме. Хотя номинальные параметры дросселя не определяют электрического режима в цепи, в которую он может быть включен, однако они вполне характеризуют дроссель как изделие и вместе с тем связаны с его расчетными параметрами.

Основные номинальные параметры дросселя, которые нужно указать в его паспорте, следующие:

Частота тока f, гц.

Номинальное (наибольшее допустимое) значение тока дросселя I, а.

Индуктивность дросселя при номинальном

Сопротивление обмотки «холодного» дросселя

Потери в сердечнике дросселя

Вес дросселя G, кг.

Другими номинальными параметрами дросселя являются: предельно допустимая величина коэффициента гармоник в кривой номинального тока предельно допустимый перегрев обмотки дросселя град (при определенной температуре окружающей среды); габаритная мощность дросселя и его реактивная мощность добротность Д; технико-экономический показатель дросселя коэффициент экранирования дросселя .

Разъясним параметры и Д; параметры дросселя будут рассмотрены в § 1.5 и 1.6.

1. Номинальная индуктивность дросселя

Номинальная индуктивность дросселя определяется выражением

где f и - частота и действующее значение синусоидального напряжения, приложенного к обмотке дросселя;

I — действующее значение номинального тока;

— угол сдвига фаз между напряжением и эквивалентной синусоидой тока.

При малых значениях омического сопротивления обмотки дросселя и потерь в его сердечнике номинальную индуктивность приближенно можно определить по формуле

Величина индуктивности (1.1) нелинейного дросселя не является постоянной, а зависит от величины приложенного напряжения и частоты тока. Поэтому дроссель как самостоятельное изделие необходимо характеризовать именно величиной его номинальной индуктивности, измеренной при совершенно определенных и указанных в паспорте условиях. Только такая индуктивность является характерным параметром дросселя. Величину индуктивности дросселя рекомендуется обозначать в паспорте с указанием в виде индексов действующего значения синусоидального напряжения, при котором она определена, например и т. п.

2. Коэффициент гармоник кривой номинального тока

Вследствие нелинейности дросселя, обусловленной свойствами его ферромагнитного сердечника, ток в обмотке несинусоидален. Кривая тока даже при синусоидальном напряжении имеет искаженную, остроконечную форму (рис. 1.3). Наличие высших гармоник тока может в некоторых случаях оказывать вредное влияние на работу тех или иных устройств, а в других это свойство дросселей приносит пользу.

Рис. 1.3. Осциллограммы напряжения на зажимах дросселя (а) и тока в обмотке (б).

Для количественной оценки искажения кривой тока при несинусоидальном напряжении пользуются коэффициентом нелинейных искажений. Его определяют как отношение корня квадратного из суммы квадратов амплитуд всех гармоник к амплитуде полезной составляющей всего спектра гармоник.

При синусоидальном напряжении коэффициент искажений называют коэффициентом гармоник Он представляет собой отношение корня квадратного из суммы квадратов действующих значений всех гармоник, за исключением полезной гармоники, к действующему значению полезной гармоники. Если полезной является основная, первая, гармоника, то коэффициент гармоник

где — действующее значение тока гармоники.

Если полезной является не первая, а некоторая гармоника (или сумма гармоник), то в числителе дроби должно быть среднеквадратичное значение всех гармоник, за исключением , а в знаменателе — действующее значение соответствующей гармоники.

Коэффициент гармоник измеряют с помощью специальных приборов при номинальном токе дросселя. Обычно дроссели проектируют с величиной

3. Коэффициент формы кривой напряжения

Приложенное к зажимам напряжение оценивают коэффициентом формы кривой под ним понимают отношение

где — соответственно действующее и среднее значения напряжения.

4. Мощности дросселя

Следует различать две мощности дросселя — габаритную мощность и расчетную реактивную мощность Q. Под габаритной мощностью дросселя подразумевают величину

под расчетной реактивной мощностью — величину

где — коэффициент искажения формы кривой тока.

Величина определяет размеры сердечника дросселя. Зная требуемую величину габаритной мощности проектируемого дросселя, можно выбрать для него нормализованный сердечник. Заметим, что у обычных дросселей величины и Q отличаются незначительно. Номинальные значения и Q следует измерять при номинальных величинах напряжения и частоты.

5. Добротность дросселя и угол потерь

Эти параметры характеризуют качество дросселя с точки зрения потерь в нем. Чем больше добротность и чем меньше угол потерь, тем лучше качество дросселя. Заметим, однако, что чем больше добротность дросселя, тем больше его размеры и вес.

Добротность дросселя равна отношению величины реактивной мощности дросселя к сумме потерь в его сердечнике и обмотке:

Удобно ввести понятие о частных добротностях или, иначе, о добротности по сердечнику и добротности по обмотке

Добротности и связаны между собой следующим соотношением:

При малых потерях в стали, когда имеем

Номинальную величину добротности рекомендуется измерять при номинальном напряжении на зажимах дросселя и частоте. Обычно дроссели имеют добротность порядка 10—15.

Иногда о качестве дросселя судят не по добротности, а по углу потерь дросселя а. Наличие потерь в дросселе приводит к тому, что сдвиг между синусоидой приложенного к нему напряжения и эквивалентной синусоидой тока отличается от . Угол а, дополняющий угол сдвига фаз до называют углом потерь. Последний при заданной частоте и величине приложенного напряжения можно определить из показаний измерительных приборов

(1.6)

Величины Д и а связаны соотношением

Для обычных дросселей угол а порядка 3—5°.

6. Технико-экономические показатели дросселя

Основные показатели следующие: вес G, стоимость Ц, физический объем V и габаритный Г. Вес и габаритные размеры играют особенно существенную роль для дросселей переносной аппаратуры.

Удобно ввести, как это сделано для маломощных трансформаторов [6], понятие об обобщенном удельном технико-экономическом показателе:

где Э — либо габаритный объем, либо вес, либо стоимость дросселя.

Обобщенный коэффициент широко использован в главах, посвященных проектированию дросселей.

У обычных дросселей радиоэлектронной аппаратуры гц) на мощности приходится 5—10 кг веса активных материалов.

Дроссель может характеризоваться и величиной, обратной т. е. его мощностью приходящейся, например, на единицу его веса.