Дросель насичення (ДРН) зовні нагадує трансформатор. Як і у трансформатора, у нього на замкнутому сталевому сердечнику розташовано декілька обмоток з ізольованого мідного дроту.
Для більшої наочності розглянемо дросель насичення з О-подібним сталевим сердечником і двома обмотками (рис. 4.1):
одна обмотка (# 969; =) служить для пропускання постійного струму від допоміжного джерела струму (ВІТ);
друга обмотка (# 969;
)) Для змінного струму (струму навантаження).
Будь-яка котушка зі сталевим сердечником для змінного струму являє собою ...
більш-менш значне реактивний опір, яке тим більше, чим більше перетин сталевого сердечника і чим більше витків в котушці, по якій протікає змінний струм.
Розмір сердечника і число витків визначаються розрахунком стосовно заданих умов навантаження і діапазону регулювання напруги.
Якщо за допомогою вимикача В відключити обмотку # 969; = від джерела постійного струму, а через обмотку # 969;
, то напруга U2 (на навантаженні) буде менше напряженіяU1. подається від джерела змінного струму, наприклад, від електромережі.
Ця пояснюється тим, що частина напруги, що подається «губиться» (гаситься) на котушці дроселя.
Позначивши напруга на дроселі через # 8710; Uдр. можемо записати, що U2 = U1- # 8710; Uдр (оскільки в цьому випадку має місце не арифметичне, а геометричне віднімання, над буквами поставлені крапки.)
Помітивши за показаннями відповідних вимірювальних приладів величини U2 і # 8710; Uдр. замкнемо виключательВ. наслідок чого постійний струм від ВІТ потече по обмотці # 969; =.
Taк як при цьому величина падіння напруги (# 8710; Uдр) на обмотці змінного струму зменшується, то напруга U2 на навантаженні зростає.
Якщо збільшити струм в обмотці # 969; = за допомогою, наприклад, виведення частини опору реостата р то # 8710; Uдр буде продовжувати зменшуватися, а U2 зростати.
Це пояснюється тим, що зі збільшенням струму в обмотці # 969; = зростатиме магнітний потік в сердечнику або, як кажуть, сердечник буде все більше і більше насичуватися. А чим більше насичення у сердечника дроселя, тим менше індуктивний опір цього дроселя.
Величина магнітного потоку (намагнічування), що виникає в осерді, залежить від числа, витків обмотки # 969; = і струму, що протікає по цій обмотці. Магнітний потік пропорційний числу ампер-витків, яке дорівнює добутку величини струму на число витків.
Можна створити рівний за величиною магнітний потік, або користуючись обмоткою з малим числом витків, але посилаючи по ній великий струм, або користуючись обмоткою з дуже великим числом витків, але посилаючи по ній невеликий струм. зазвичай обмотка # 969; = для намагнічування сердечника дроселя насичення має велике число витків з порівняно тонкого дроту, по якому пропускають постійний струм невеликої величини. Такий дросель конструктивно простіше.
. по якій протікає змінний струм (струм навантаження), зазвичай має невелике число витків із проведення, перетин якого розраховується на заданий струм навантаження.
Дросель насичення, має дві обмотки на загальному сталевому сердечнику, являє собою звичайний трансформатор. Змінна напруга е
змінним струмом, трансформується в обмотку # 969; = і там виникає змінна напруга.
Згідно із законом трансформування величина е '
, у скільки разів число витків обмотки # 969; = більше числа витків обмотки # 969;
наводимое в обмотці # 969; = може досягати дуже великих (небезпечних) значень і негативно впливати як на допоміжне джерело постійного струму (ВІТ), так і на весь процес регулювання.
Щоб уникнути появи в обмотці підмагнічування (# 969; =) наведеного змінної напруги, дросель насичення виконують особливим чином.
На крайніх стрижнях сердечника Ш-подібної форми (рис. 4.2) мають у своєму розпорядженні обмотки змінного струму (# 969; '
), А на середньому стрижні - обмотку підмагнічування (# 969; =), що живиться постійним струмом.
Обмотки змінного струму намотуються і з'єднуються один з одним так, щоб магнітні потоки Ф '
, створювані ними, мали напрямок, вказаний на рис. 4.2.
Тоді в середньому стрижні ці магнітні потоки будуть мати протилежні напрямки.
У разі рівного розподілу числа витків і струмів в обмотках # 969; '
будуть взаємно компенсувати один одного і в середньому стрижні практично змінного потоку не буде, а значить, в обмотці підмагнічування # 969; = змінну напругу наводитися не буде.
Окремі обмотки змінного струму можна з'єднувати один з одним або паралельно (рис. 4.2), або послідовно (рис. 4.3). Практично сердечник для дроселів насичення зручніше виготовляти з двох О-образних сердечників.
Принципова схема однофазного випрямного пристрою з дроселями насичення, призначеними для стабілізації випрямленої напруги, наведена на рис. 4.4.
Обмотка змінного струму (ОПТ) дроселя насичення ДРН включається в ланцюг первинної обмотки Тр випрямного пристрою.
Обмотка підмагнічування (ОПМ) дроселя насичення харчується постійним струмом від спеціального випрямного блоку, який входить в комплект автоматичного пристрою (АУ).
Харчування випрямного блоку виробляється від тієї мережі змінного струму. До автоматичному пристрою підводиться випрямлена напруга (U0).
Якщо випрямлена напруга з яких-небудь причин, наприклад наслідок коливання напруги в мережі або зміни навантаження, відхилиться від заданої величини, то АУ відразу ж відреагує на це відхилення і змінить в потрібному ступені ток підмагнічування, ніж швидко відновить колишню величину випрямленої напруги.
Наприклад, при незначному підвищенні напруги в мережі автоматичний пристрій, одержавши сигнал про це з виходу випрямного пристрою (напруга Uo), зменшує струм підмагнічування в обмотці ОПМ дроселя насичення ДРН.
Це викликає збільшення опору, що здається обмотки змінного струму (ОПТ), внаслідок чого падіння напруги на цій обмотці зростає, а напруга, що подається до обмотці # 969;
трансформатора, залишається колишнім.
Але оскільки випрямлена напруга (U0) безпосередньо залежить від напруги, що подається від трансформатора до випрямного мосту (ВМ), то відновлюється колишня величина U0.
Таким же чином діє АУ я в разі зміни випрямленої напруги внаслідок зростання або зменшення навантаження.
Описана система регулювання випрямленої напруги носить назву «стежить системи», оскільки вона стежить за величиною випрямленої напруги і підвищує або знижує струм підмагнічування в дроселях насичення при зміні цієї напруги, незалежно від того, з якої причини така зміна виникла.
У випрямних пристроях, призначених для випрямлення трифазного струму, в кожну фазу треба включити по одному дроселя насичення.
З метою скорочення витрати міді застосовують трифазний дросель насичення із загальною обмоткою підмагнічування.
Все сказане про регулювання і стабілізації випрямленої напруги відноситься до випрямним установкам, в яких застосовані некеровані вентилі (селенові, германієві і кремнієві).
В даний час розроблені і в найближчі роки очевидно отримають найширше застосування керовані напівпровідникові вентилі (в основному кремнієві) з трьома висновками.
Третій висновок служить для подачі напруги, що управляє, призначеного для зміни часу проходження струму через вентиль.
Це рівносильно зміні вихідної (випрямленої напруги). Потужність, яка потрібна для регулювання режиму роботи керованого вентиля (діода), дуже мала, тому випрямні пристрої зі стабілізованою випрямленою напругою, побудовані на базі цих вентилів, будуть більш компактними (не міститимуть громіздких дроселів насичення).