Измерение параметров схемы замещения катушки индуктивности в верхней области звуковых частот

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Особенности работы катушки индуктивности в области звуковых
частот 16
1.1 Общая характеристика нелинейных индуктивных элементов 16
1.2 Потери в сердечниках нелинейных индуктивных катушек, обусловленные вихревыми токами 17
1.3 Потери в ферромагнитном сердечнике, обусловленные
гистерезисом 18
1.4 Схема замещения нелинейной катушки индуктивности 19
1.5 Расчет сглаживающих RL-фильтров активно-индуктивных
цепей при широтно-импульсном управлении 21
2 Математическое описание периодических переходных процессов
В катушке индуктивности 29
2.1 Исследование переходных процессов при воздействии источника напряжения 29
2.2 Исследование переходных процессов при воздействии источника
тока 35
2.3 Определение схемы замещения катушки индуктивности по параметрам периодического переходного процесса с заданной
частотой 40
3 Проектирование экспериментальной установки, осуществляющей измерение параметров схемы замещения 42
3.1 Электронный макет источника тока 42
3.2 Усилитель-ограничитель напряжения 44
3.3 Полная схема аналоговой части устройства 46

Весь текст будет доступен после покупки

Наземные транспортно-технические комплексы являются неотъемлемой частью народнохозяйственной деятельности любого государства, особенно та- кого протяженного в пространстве, каковой является Россия. К наземным транспортно-техническим комплексам можно отнести любой вид наземного транспорта, способный осуществлять транспортные перевозки, а также необ- ходимые для этого системы технического обслуживания и управления.
Таким образом, специалист в области наземных транспортно-техниче- ских комплексов должен обладать знаниями в самых различных областях науки и техники, таких как, электротехника, электроника, электромеханика, транспортная логистика и т. д. Спектр знаний данного специалиста должен охватывать как области, непосредственно касающиеся технического обслужи- вания наземных транспортных средств, так и некоторых смежных вопросов, касающихся обеспечения нормальных условий работы современных транс- портно-технических комплексов.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Особенности работы катушки индуктивности в области звуковых частот

1.1 Общая характеристика нелинейных индуктивных элементов

Под нелинейными индуктивными элементами понимают индуктивные катушки с обмотками, намотанные на замкнутые сердечники из ферромагнит- ного материала, для которых зависимость магнитного потока в сердечнике от протекающего в обмотке тока нелинейна. Индуктивное сопротивление таких катушек, оказываемое переменному току, непостоянно и зависит от значения переменного тока. Такие элементы принято называть нелинейными индуктив- ными катушками.
Нелинейные индуктивные катушки подразделяют на управляемые и не- управляемые, но деление на инерционные и безынерционные на них не рас- пространяется, так как их нелинейность обусловлена свойствами ферромаг- нитного материала, а не тепловыми эффектами.
На электрических схемах нелинейную катушку индуктивности изобра- жают в виде замкнутого сердечника с обмоткой, как это показано на Рисунке 1.1.а, или на Рисунке 1.1.б.



Рисунок 1.1–Условно-графические изображения катушки индуктивности, содержа-
щей магнитный сердечник
23.04.02.760000. 000 ПЗ Лист
16
Изм. Лист № докум. Подпись Дата


Сердечники нелинейных катушек индуктивностей на относительно низ- ких частотах делают обычно двух типов: пакетные и спиральные.
Пакетные сердечники состоят из тонких пластин ферромагнитного мате- риала кольцевой, П- или Ш-образной формы.
Спиральные сердечники изготавливают из тонкой ферромагнитной лен- нты. По форме они напоминают туго навитую часовую пружину.
Пластины пакетного и отдельные витки спирального сердечников изоли- руют друг от друга эмалевым лаком, жидким стеклом или каким-либо иным изолирующим составом и запекают. Изоляция необходима для уменьшения потерь энергии в сердечнике от вихревых токов.
На высоких частотах резко возрастают потери в листовых сердечниках, поэтому сердечники, предназначенные для работы на высоких частотах, обычно выполняют из магнитомягкого феррита.

1.2 Потери в сердечниках нелинейных индуктивных катушек, обу- словленные вихревыми токами

Если по катушке индуктивности со стальным сердечником протекает пе- ременный ток, то в сердечнике возникает переменный магнитный поток, под действием которого в листах сердечника образуются вихревые токи. На Ри- сунке 1.2 изображен один лист сердечника. Пусть магнитный поток, увеличи- ваясь, направлен вверх (вдоль листа). В плоскости листа, перпендикулярной магнитному потоку, по закону электромагнитной индукции наводится ЭДС. Эта ЭДС вызывает в нем ток, который называется вихревым.




23.04.02.760000. 000 ПЗ Лист
17
Изм. Лист № докум. Подпись Дата


Рисунок 1.2–Лист сердечника, в котором при изменении магнитного потока наво-
дятся вихревые токи


Контур, по которому замыкается вихревой ток, изображен на Рисунке 1.2 пунктиром. Вихревые токи по закону Ленца стремятся создать поток, встреч- ный по отношению к вызвавшему их потоку.
Потери энергии в листе на вихревые токи пропорциональны квадрату наведенной в контурах листа ЭДС и обратно пропорциональны сопротивле- нию контуров. ЭДС, наводимые в контурах, по которым замыкаются вихревые токи, при заданной ширине листа b, пропорциональны ширине листа a, ампли- тудному значению индукции и частоте. В свою очередь, сопротивление кон- тура пропорционально его периметру и удельному сопротивлению. При вы- полнении условия b >> a периметр контура практически не зависит от тол- щины листа. Поэтому потери энергии на вихревые токи пропорциональны квадрату амплитудного значения индукции, квадрату частоты и квадрату тол- щины листа.
Уменьшить потери в листовом сердечнике на вихревые токи можно двумя путями: 1) изготовлением сердечника из тонких, изолированных друг от друга листов; 2) добавлением в ферромагнитный материал примесей, увеличиваю- щих его удельное сопротивление.
При рабочей частоте 50 Гц толщина листов обычно имеет размер 0,35 – 0,5 мм; при высоких частотах – до 0,005 мм.
Кроме потерь от вихревых токов в сердечнике также существуют потери, обусловленные гистерезисом и магнитной вязкостью.

1.3 Потери в ферромагнитном сердечнике, обусловленные гистере- зисом

Как известно, ферромагнитным материалам свойственно явление гисте- резиса, которое вызвано отставанием изменения магнитной индукции от изме-
23.04.02.760000. 000 ПЗ Лист
18
Изм. Лист № докум. Подпись Дата


нения напряженности магнитного поля. Площадь гистерезисной петли в коор- динатах B, H (где B – магнитная индукция, H – напряженность магнитного поля), снятая при достаточно медленном изменении магнитного поля во вре- мени (когда вихревые токи практически отсутствуют), характеризует энергию, выделяющуюся в единице объема ферромагнитного материала за один период протекающего в нем переменного тока (за одно перемагничивание). Потери в сердечнике, обусловленные гистерезисом, пропорциональны объему сердеч- ника, первой степени рабочей частоты и площади гистерезисной петли. От толщины листов гистерезисные потери не зависят.
Гистерезисные петли при достаточно быстром изменении магнитного поля во времени называют динамическими. Динамические петли шире соот- ветствующих статических за счет вихревых токов и магнитной вязкости.
Степень отличие динамической петли от соответствующей ей статиче- ской зависит от скорости перемагничивания (от частоты), удельного электри- ческого сопротивления материала, толщины листов, температуры и наличия в магнитном потоке высших гармоник.

1.4 Схема замещения нелинейной катушки индуктивности

Как известно, на низких частотах катушку индуктивности можно пред- ставить в виде последовательно соединенных сопротивления r – представляю- щего собой сопротивление обмоток, которое обуславливает активные потери катушки при протекании по нее переменного тока, и индуктивности L, обу- славливающую ее реактивное (индуктивное) сопротивление XL = 2?fL, изме- няющемуся пропорционально с частотой протекающего через нее тока.
Однако при повышении частоты тока, на котором работает катушка, такая схема замещения перестает давать адекватное представление об электриче- ских свойствах катушки индуктивности. Как известно из экспериментально полученных АЧХ катушек индуктивностей, в области килогерц начинается за- метное изменение ее сопротивления, которое уже не описывается классиче- ской схемой замещения r + j?L.
23.04.02.760000. 000 ПЗ Лист
19
Изм. Лист № докум. Подпись Дата


В схеме замещения, учитывающей потери, связанные с гистерезисом, па- раллельно индуктивности L включают сопротивление Rk, потери в котором имитируют потери электроэнергии в сердечнике на гистерезис и вихревые токи. При этом сопротивление обмоток катушки r также включено последова- тельно катушке. Схема замещения катушки индуктивности, учитывающая ги- стерезисные потери и потери на вихревые токи, приведена на Рисунке 1.3.



Рисунок 1.3 – Схема замещения катушки индуктивности, учитывающая гистерезис- ные потери и потери на вихревые токи

АЧХ для катушки с ферромагнитным сердечником с различными количе- ствами витков приведены на Рисунке 1.4.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Чижков Ю.П., Акимов А.В. Электрооборудование автомобилей и тракто- ров. Учебник для ВУЗов. – М: ООО Книжное издательство «За рулем», 2005. – 336 с.
2. Джонс М.Х. Электроника – практический курс. Москва: Постмаркет, 1999.
– 528 с.
3. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника. Учебное пособие. – Ростов н/Д: Феникс, 2009. – 703 с.
4. Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. Источники электропитания ра- диоэлектронной аппаратуры. Издательско-полиграфическое Агентство
«Три Л», 2000 г.

Весь текст будет доступен после покупки