Исследование свойств магнитомягкого материала при однополярном перемагничивании, страница 2

k_П = B_r/B_m,

причем, B_m и B_r определяются при амплитуде напряженности H_m = 5H_c, где H_c – коэрцитивная сила.

У магнитного материала с ППГ величина k_П = 0,8…0,99.

Возвращаясь к определению магнитной проницаемости, нетрудно обнаружить, что величина dB/dH на разных участках петли различна: она наибольшая при  и наименьшая в области насыщения, следовательно, в процессе перемагничивания индуктивность катушки изменяется. Ее величина зависит от напряженности магнитного поля в магнитопроводе, которая определяется током, протекающим по обмотке:

Н=i*w/l_ср,

а ток в обмотке равен току нагрузки. Для электрической цепи это означает, что проводимость катушки с сердечником зависит от положения рабочей точки магнитного материала магнитопровода (Н, В). Изменяя положение рабочей точки, можно управлять проводимостью катушки и тем самым управлять током в нагрузке.

Рассмотрим применение этого явления на примере управляемого выпрямителя. Схема выпрямителя изображена на рисунке 5, временные диаграммы его работы – на рисунке 6, траектория рабочей точки материала сердечнике – на рисунках 7 и 8.

Рисунок 5

Управляемый выпрямитель содержит силовой диод D1, нелинейный дроссель L1, источник управляющего тока I1 и отсекающий диод D2. Источник входного напряжения V1 подает на вход выпрямителя переменное напряжение прямоугольной формы амплитудой U_m. Нагрузкой выпрямителя служит резистор R1. Такое устройство называют также магнитным ключом или магнитным усилителем с самонасыщением.

Пока входное напряжение имеет отрицательную полярность, диод VD1 заперт, ток в нагрузке равен нулю, ток управления i_y протекает через VD2 и обмотку дросселя L1 в направлении источника входного напряжения. Координаты рабочей точки номер 6 материала магнитопровода на рисунке 6 в это время (-H₆ ; -B₆), где

-H₆=-i_yw/l_cp,

а B₆=B(H₆) - определяется формой петли гистерезиса материала магнитопровода.

                               

Рисунок 6

При смене полярности входного напряжения магнитопровод начинает перемагничиваться по закону

U_{BX m}-U₁(t)=wS(dB/dt),

где U_{BX m}-U₁(t) – напряжение, приложенное к обмотке дросселя,

U₁(t) – напряжение в узле 1 схемы по рис. 5.

Перемагничивание магнитопровода происходит по восходящей ветви петли гистерезиса вначале быстро из точки 6, 0 в точку 1 (см. рисунок 7), затем медленно до точки 2, затем с ускорением через точку 3 в точку 4, причем,

a H(t)=H(B(t)) – определяется формой восходящей ветви петли гистерезиса.

По мере приближения к точке 4 магнитный ключ открывается, падение напряжения на обмотке нелинейного дросселя резко уменьшается, и  ток источника напряжения через силовой диод D1 поступает в нагрузку.

Величина этого тока

i_H=H(t)l_CP/w

и растет по мере перемагничивания магнитопровода, достигая наибольшего значения  в точке 4, откуда H_m=I_Hmw/l_CP.

В точке 4, 5 магнитопровод может оставаться неограниченно долго, пока входное напряжение сохраняет положительную полярность. Как только произойдет смена полярности входного напряжения на отрицательную, рабочая точка начнет перемещаться в положение 6, 0.