До параметричних електромагнітних пристроїв відносяться пристрої, дія яких заснована на використанні нелінійності вольт-амперної характеристики дроселя із осердям з феромагнітного матеріалу за умови досягнення індукції насичення.
Послідовне або паралельне з’єднання нелінійного дроселя з лінійним елементом (резистор, конденсатор, лінійна індуктивна котушка) дозволяє одержувати різноманітні характеристики, з урахуванням яких можливе створення різних функціональних елементів: стабілізаторів, помножувачів і подільників частоти, перетворювачів і датчиків потужності, генераторів імпульсів і ін.
Рис.3.1.1. Вольт-амперні характеристики нелінійних елементів
За виглядом вольт-амперної характеристики нелінійні елементи можна розділити на два типи (рис.3.1.1):
– нелінійні елементи, опір яких збільшується зі зростанням напруги;
нелінійні елементи, опір яких зменшується зі зростанням напруги .
Для нелінійних елементів поряд із статичним опором (опір у даній точці характеристики Z=U/І = tga) розглядається і динамічний опір (опір, обумовлений похідною у даній точці Z’=dU/dI=tgβ). Як випливає з порівняння характеристик, приведених на рис.3.1.1, а, б, Z’а > Zа і Z’б < Zб.
Інакше кажучи, для елементів типу «а» характерна мала зміна струму при зміні напруги на ньому в достатньо широких межах; для елементів типу «б» характерною є зворотна залежність – порівняно мала зміна напруги при значній зміні струму.
Рис.3.1.2. Вольт-амперна характеристика дроселя
з осердям із матеріалу з ППГ
Знайомство з електромагнітними колами змінного струму і їх вольт-амперною характеристикою, яка є кривою намагнічування в іншому масштабі, дозволяє зробити висновок про те, що дросель є типовим представником нелінійного опору типу «б».
Природно, що застосування того або іншого магнітного матеріалу впливає на вольт-амперну характеристику дроселя. Так, наприклад, чим вужча петля гістерезису матеріалу, тим менший струм протікає через дросель до насичення, і чим вищий коефіцієнт прямокутності матеріалу, тим менше обмежує дросель струм, який протікає через нього після насичення. Це дозволяє в більшості випадків без внесення суттєвих похибок представити вольт-амперну характеристику дроселя двома відрізками прямих (рис.3.1.2).
Функціональне призначення тієї або іншої схеми з’єднання нелінійного елемента з лінійним визначається узагальненою вольт-амперною характеристикою схеми.
Розглянемо спрощену побудову вольт-амперної характеристики контуру для послідовного (рис.3.1.3,а) і паралельного (рис.3.1.3,б) з’єднань, беручи за основу середню криву намагнічування.
Нехтуючи спочатку активними втратами в колі (U = Up), припустимо, що Z = XL (як лінійний елемент використовується дросель). Тоді вольт-амперна характеристика контуру Up = f(I) буде дорівнювати сумі вольт-амперних характеристик лінійного і нелінійного дроселів. Побудову для схеми рис.3.1.3,а, приведено на рис. 3.1.4.
Очевидно, що у випадку чисто ємнісного лінійного елемента (Z = Хс) вольт-амперна характеристика контуру буде різницею вольт-амперних характеристик дроселя і ємності. На рис.3.1.5,а, показано побудову характеристик для послідовного з’єднання, а на рис.3.1.5,б – для паралельного з’єднання нелінійного дроселя і конденсатора.
Рис. 3.1.3. Послідовне і паралельне з’єднання нелінійного і лінійного елементів
Рис.3.1.4. Побудова вольт-амперної характеристики для схеми рис.3.1.3,а
у випадку Z =XL і R=0
Якщо не враховувати фазу напруги, то в останньому випадку ( Z = Хс) вольт-амперні характеристики можуть бути подані в одному квадранті, як це показано на рис.3.1.5 пунктиром.
Реальну вольт-амперну характеристику контуру з урахуванням активного опору можна побудувати графічно за методом П. Л. Калантарова. Для цього у вольт-амперній характеристиці контуру без врахування втрат масштаб по осі струму змінюємо в R раз. Як наслідок замість вольт-амперної
характеристики Up = f(I) отримаємо залежність
Uр = IωL- I/(ωC) =f(IR) = f( UR),
де R, L і С- сумарні значення опору кола.
Рис. 3.1.5. Побудова вольт-амперної характеристики для схем рис.3.1.3
у випадку Z=Xc і R=0
Рис.3.1.6. Побудова вольт-амперної характеристики контуру
з урахуванням активного опору
Оскільки U2=U2p+U2R,, то, провівши з початку координат радіусом U коло, отримаємо в точках перетину цього кола із залежністю Up = f (UR) можливі сполучення Up і UR при заданих параметрах контуру і навантаження. Величина активних втрат буде характеризуватися різницею Uіп і відповідного їй значення Uір. Тому для одержання залежності U = f(UR) достатньо підняти точку перетину по вертикалі до рівня Uі, і з’єднати нові точки плавною кривою, а для одержання вольт-амперної характеристики додатково змінити масштаб по осі абсцис в 1/R раз.
На рис.3.1.6 показано приклад побудови характеристики для послідовного ферорезонансного контуру (рис. 3.1.3, а при
).
Васюра А.С. – книга “Елементи та пристрої систем управління автоматики”