Дроссели насыщения. 
Электронные аппараты

Дроссели насыщения без подмагничивания

На рис. 6.1 приведена схема ДН с одной обмоткой, подключенной к источнику переменного напряжения e (t) последовательно с активной нагрузкой R_n. Пренебрегая активным сопротивлением обмотки дросселя и потоком рассеяния, запишем, согласно второму закону Кирхгофа, уравнение для мгновенных значений:

где e (t) — напряжение источника питания; и_н и и_я — напряжение на нагрузке и дросселе, соответственно; i_u (t) — ток нагрузки; ^(t) — потокосцеиление.

Для усиления эффекта насыщения магнитопровод ДН выполняют из магнитомягких материалов с высокой ирямоугольностью петли гистерезиса и малой коэрцитивной силой Н_с. В частности, сплавы типа 50НП, 68НМП, 37НКДП имеют коэффициент прямоугольное™ 0,94—0,98, что позволяет при изучении принципа действия ДН применить понятие идеальной прямоугольной характеристики намагничивания В (Н) (рис. 6.2, а). Это очень важное допущение дает возможность полагать:

• — на вертикальном участке характеристики В (Я), т. е. на этапе перемагничивания, магнитная проницаемость материала магнитопровода, индуктивность и реактивное сопротивление дросселя равны бесконечности, т. е. намагничивающий ток и соответственно i_H (t) теоретически равны нулю;
• — при насыщении (горизонтальные участки) магнитная проницаемость, индуктивность, реактивное сопротивление и скорость изменения потокосцепления с№/ск равны нулю.

Рис. 6.1. Схема простейшего дросселя насыщения без подмагничивания

Тогда для ненасыщенного и насыщенного состояний дросселя выражение (6.1) соответственно принимает вид.

Принятые допущения позволяют рассматривать ДН как идеальный ключ:

• — пока магнитопровод ненасыщен, все напряжение источника приложено к обмотке дросселя, а ток нагрузки i_H(t) равен нулю, т. е. ключ разомкнут;
• — при насыщении магнитопровода, наоборот, все напряжение приложено к нагрузке, т. е. ключ замкнут.

Изменение индукции в магнитоироводе происходит под действием напряжения питания.

где N — число витков обмотки дросселя; S — площадь поперечного сечения магнитопровода.

Если AB{t) за полуволну периода напряжения питания не достигает значения 2B_S, дроссель работает в ненасыщенном режиме, т. е. ключ постоянно разомкнут. В противном случае, дроссель на каждой полуволне напряжения будет насыщаться (рис. 6.2, 6), что соответствует периодическому замыканию ключа. Граница перехода от ненасыщенного режима к режиму периодического насыщения определяется условием.

где Е_ср — среднее за полупериод напряжение источника питания; / — частота напряжения.

Рис. 6.2. Принцип действия ДН без подмагничивания:

а — идеальная прямоугольная петля гистерезиса; б — иллюстрация разомкнутого и замкнутого состояний ключа; в — ток нагрузки Диаграмма тока нагрузки при синусоидальном напряжении питания приведена на рис. 6.2, в. Угол насыщения a_s (момент замыкания ключа) найдем из уравнения.

Тогда.

При a_s. = тт получим граничное значение напряжения насыщения E_s:

При напряжении источника больше E_s значение интеграла (вольтсекундная площадь) в выражении (6.6) является константой и определяется только параметрами ДН. Это свойство часто используется при создании различных стабилизирующих устройств. Согласно выражению (6.5) ДН может быть также использован как датчик среднего значения напряжения (при / = const) или частоты (при Е = const).

Диаграмма тока нагрузки подобна получаемой при вертикально-фазовом управлении электронным ключом. Поэтому ДН часто называют магнитным ключом. Отметим, что в реальном дросселе ток нагрузки па интервале перемагничивания и напряжение на дросселе при насыщении будут несколько отличаться от нуля.