Теория / 17.3. Индуктивная катушка со стальным сердечником
Сначала рассмотрим электромагнитные процессы в
идеализированной катушке индуктивности, то есть будем считать, что активным
сопротивлением можно пренебречь и не учитывать потери энергии в сердечнике
(рис. 17.5).
В такой катушке
напряжение, приложенное к зажимам катушки, уравновешивается только ЭДС самоиндукции и = –
е.
Если напряжение источника синусоидальное, то ЭДС может быть только синусоидальной, но тогда
и магнитный поток, который наводит эту ЭДС тоже должен быть синусоидальным
Тогда
где
амплитуда ЭДС равна
а
действующее значение
Кривая циклического намагничивания без учета потерь на гистерезис и вихревые токи Ф(i) подобна основной кривой намагничивания сердечника В(Н), так как Ф = ВS, а ток в катушке по закону полного тока определится как
В этом случае вольт-амперная
характеристика катушки нелинейна, и кривая тока будет аналогична уже рассмотренной
кривой (рис. 17.4).
Действующее значение тока определится по формуле
где
imax – максимальное значение тока; kn
– поправочный коэффициент, который определяется по справочным данным для
различных материалов и зависит от магнитной индукции.
Если заменить реальный ток катушки эквивалентной
синусоидой, то можно построить векторную диаграмму (рис. 17.6).
Как видно из диаграммы, векторы тока и магнитного
потока совпадают по фазе; вектор ЭДС отстает от тока на 90о, а
вектор напряжения опережает ток на 90о.
Ток в идеализированной катушке Iμ является реактивным. Он не сопровождается преобразованием электрической энергии в другой вид энергии, но создает магнитное поле в сердечнике, поэтому его называют намагничивающим током.