2.3. МЕТОДЫ УМЕНЬШЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ ИНДУКЦИИ

Если магнитный поток МС на каком-то протяжении проходит через воздух или изоляцию, т. е. через среду, магнитная проницаемость которой отлична от магнитной проницаемости стали, то условия работы МС существенно изменяются.

Рассмотрим тот же трансформатор (рис. 2.4) в предположении, что в его МС небольшой воздушный зазор причем этом случае, применяя закон полного тока, имеем

где Явн — напряженность внешнего магнитного поля.

Из принципа непрерывности магнитного потока следует, что магнитный поток в равен магнитному потоку в воздушном зазоре

Вследствие относительной малости воздушного зазора магнитное поле в нем можно считать однородным и принять Тогда или т. е. магнитная индукция в стали МС и воздушном зазоре одинакова. С учетом этого обстоятельства из выражения (2.5) следует, что

так как

Последнее равенство показывает: для создания в индукции В напряженность магнитного поля Я следует увеличить на что позволяет по известной зависимости для данного магнитного материала МС без зазора построить эквивалентный гистерезисный цикл для МС с воздушным зазором. Построение такого эквивалентного цикла поясняется рис. 2.6.

Рис. 2.6. Эквивалентный гистерезисный цикл для магнитной системы с воздушным зазором

Изменение составляющей напряженности внешнего магнитного поля в координатах В, Н выражается прямой линией проходящей через начало координат под углом Поэтому эквивалентный гистерезисный цикл может быть построен простым переносом всех точек гистерезисного цикла на расстояние вправо — в область положительных значений Я и В и влево — в область отрицательных значений. Так, при произвольно выбранном значении индукции В точки М и гистерезисного цикла данного магнитного материала МС смещаются в положение т. е. на длину отрезка ее, соответствующую

В конечном итоге гистерезисный цикл МС без воздушного зазора преобразуется в эквивалентный гистерезисный цикл

для МС с воздушным зазором При этом остаточная индукция эквивалентного гистерезисного цикла как это видно из рис. 2.6, оказывается значительно меньше индукции гистерезисного цикла МС без зазора при неизменной индукции насыщения.

Таким образом, в МС с воздушным зазором возможно большее приращение индукции Наличие в МС воздушного зазора позволяет несколько увеличить и среднюю магнитную проницаемость:

Однако при увеличении воздушного зазора уменьшение индукции постепенно замедляется, а значение увеличивается. При некотором размере зазора значение достигает максимума, а затем начинает уменьшаться. Поэтому увеличение зазора целесообразно только до некоторого предела, при котором достигается максимальная средняя магнитная проницаемость.

Зазор обычно предусматривается в МС мощных ИТ, работающих при больших значениях Уменьшение Остаточной индукции таким способом имеет следующие недостатки:

размеры зазора критичны; МС с зазором больше оптимального может иметь среднюю магнитную проницаемость меньшую, чем МС без зазора;

оптимальные размеры зазоров - сотые доли миллиметра, что создает существенные технологические трудности при изготовлении МС;

воздушный зазор не позволяет полностью использовать магнитные свойства МС, так как остаточная индукция таким способом все равно не может быть уменьшена до нуля (активно используется только один шлейф гистерезисного цикла, да и то не полностью — из-за наличия остаточной индукции).

Значительно более эффективным методом уменьшения остаточной индукции является введение в МС ИТ размагничивающего поля, создаваемого специальным размагничивающим током. В тех схемах применения ИТ, где последовательно с первичной обмоткой включается накопительный конденсатор или формирующая линия, в паузах между импульсами через обмотку ИТ протекает зарядный ток накопителя, обратный по направлению току в импульсе. Такой ток способствует размагничиванию МС, снижает остаточную индукцию, и средняя магнитная проницаемость оказывается более высокой, чем при отсутствии размагничивающего тока.

Для рассмотрения процесса размагничивания МС зарядным током накопителя воспользуемся рис. 2.7, на котором изображен предельный гистерезисный цикл некоторого магнитного материала МС. При этом по-прежнему будем предполагать, что МС набрана из столь тонких листов трансформаторной стали, что эффектом вихревых токов можно пренебречь.

Пусть в процессе заряда накопительного элемента (см. рис. 1.4) зарядный ток изменяется по закону и в некоторый момент времени достигает максимального значения Так как зарядный ток противоположен по направлению намагничивающему, он создает в МС размагничивающее поле, которое будет изменяться во времени по тому же закону, что и ток заряда накопительного элемента. Напряженность размагничивающего поля при этом

Если точка, обозначающая магнитное состояние стали МС, к моменту окончания импульса достигла положения А (рис. 2.7), то после окончания импульса она сперва займет положение и затем под действием размагничивающего магнитного поля начнет двигаться по нисходящей ветви предельного гистерезисного цикла

Рис. 2.7. Эквивалентный гистерезисный цикл размагничивания магнитной системы зарядным током накопителя

Когда ток заряда накопителя достигнет максимального значения, в МС будет действовать размагничивающее поле напряженностью

и точка А займет положение Л, определяемое этим значением размагничивающего поля.

К моменту окончания заряда накопительного элемента зарядный ток упадет до нуля и вместе с ним исчезнет и размагничивающее магнитное поле. Однако точка, обозначающая магнитное состояние, не вернется теперь в положение , двигаясь по восходящей ветви частного гистерезисного цикла, займет положение так как в процессе действия размагничивающего поля произошло перемагничивание стали МС. Под действием следующего импульса напряжения произойдет намагничивание МС, при котором приращение индукции может составить

величину Можно реализовать и еще большее приращение индукции.

Таким образом, в результате размагничивания МС зарядным током накопителя возможно значительно большее приращение индукции, чем без размагничивания или при наличии воздушного зазора. Однако для эффективного размагничивания ток заряда накопительного элемента должен быть достаточно большим, что не всегда возможно в реальных схемах. Поэтому значительно удобнее размагничивать МС ИТ посредством постоянного поля, создаваемого специальным источником размагничивающего тока. Ток пропускается либо через одну из обмоток ИТ, обычно первичную, либо через отдельную дополнительную, так называемую размагничивающую обмотку.

Одна из применяющихся на практике схем размагничивания МС приведена на рис. 2.8.

Назначение дросселя - не допустить короткого замыкания источника импульсного напряжения источником размагничивающего тока Для того чтобы дроссель не оказывал заметного влияния на вершину и фронт импульса, его индуктивность должна быть большой, а собственная емкость малой. Блокировочный конденсатор вводится для того, чтобы предотвратить падение импульсного напряжения на внутреннем сопротивлении источника размагничивающего тока. Увеличение индуктивности дросселя и нелинейные свойства сопротивления нагрузки уменьшают время размагничивания. Обычно индуктивность дросселя выбирается на порядок выше индуктивности первичной обмотки ИТ.

Рис. 2.8. Схема размагничивания магнитной системы от отдельного источника размагничивающего тока

В схеме на рис. 2.8 можно создать произвольно сильное размагничивающее поле. Если исходно под действием этого поля МС находилась в состоянии отрицательного насыщения, характеризуемого на рис. 2.7 точкой то возможно максимальное приращение индукции т. е. полное использование магнитных свойств МС. Однако при этом средняя магнитная проницаемость снижается, и поэтому обычно создают размагничивающее поле напряженностью лишь несколько большей, чем коэрцитивная сила Это позволяет получить высокое значение и ненамного снижает приращение индукции

Такие элементы, как дроссель, источник размагничивающего тока и

блокировочный конденсатор, усложняют схему и делают ее применение целесообразным преимущественно в мощных ИТ.