§ 4.8. ФЕРРОРЕЗОНАНС В НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

В нелинейных электрических цепях, содержащих катушки с ферромагнитными сердечниками, наблюдается резко выраженная зависимость индуктивности этих катушек от значения и формы напряжения или тока в них. Наибольший интерес представляет явление феррорезонанса, часто используемое при создании многих устройств автоматики, а также в устройстве феррорезонансных стабилизаторов напряжения.

Феррорезонансная цепь — это цепь, состоящая из нелинейной катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником и конденсатора. В качестве нелинейного элемента в такой цепи может быть дроссель, ферромагнитный сердечник которого находится в состоянии магнитного насыщения. В феррорезонансной цепи возможно последовательное и параллельное соединение дросселя и конденсатора.

Для упрощения будем считать, что в феррорезонансных цепях конденсатор имеет постоянное емкостное сопротивление, а несинусоидальный ток дросселя заменен эквивалентным синусоидальным.

Последовательная феррорезонансная цепь. Типичная последовательная феррорезонансная цепь изображена на рисунке 4-30, а, а на рисунке 4-30, б показаны зависимости напряжения на зажимах дросселя и на конденсаторе от тока в цепи а также зависимость напряжения на активном сопротивлении реальной цепи

Рис. 4-30

от того же тока При этом и растут прямо пропорционально току I, тогда как напряжение на дросселе нелинейно зависит от сдвинуты по фазе на 180° (для удобства на графике изображены по одну сторону от оси).

Точка пересечения графиков соответствует феррорезонансу напряжений. Здесь и цепь становится чисто активной.

Из полученной характеристики при достаточно малом R следует, что при постепенном увеличении питающего напряжения U ток сначала плавно растет, а затем при незначительном увеличении U резко увеличивается и далее снова плавно возрастает. При понижении напряжения ток плавно уменьшается, а затем при малейшем дополнительном уменьшении напряжения скачком снижается. Как видно, устройство подобного типа обладает так называемой релейной характеристикой («открыто — закрыто») и может быть использовано как бесконтактное реле напряжения в системах автоматики.

Параллельная феррорезонансная цепь. В параллельной феррорезонансной цепи (рис. 4-31, а) дроссель и конденсатор соединены параллельно. Для такой цепи вид основных характеристик приведен на рисунке 4-31, б. Особенность зависимости состоит в том, что в области небольших токов напряжение на контуре мало зависит от тока тогда как для отдельного дросселя область малой

Рис. 4-31

Рис. 4-32

зависимости приходится на значительно большие токи. Кроме того, при параллельном феррорезонансе нет скачкообразного изменения тока при изменении напряжения. Наоборот, плавное изменение тока сопровождается скачкообразным изменением напряжения на зажимах цепи. Последнее можно осуществить регулируемым резистором, включенным последовательно с цепью из дросселя и конденсатора.

В случае когда в цепи наступает феррорезонанс токов, при котором ток минимален и по фазе совпадает с питающим напряжением. Феррорезонанс токов можно получить изменением напряжения источника U.