> Техника, страница 45 > Дроссельная катушка
Дроссельная катушка
Дроссельная катушка (реактивная катушка), устройство, применяемое в цепях переменного тока для получения добавочно го падения напряжения. Д. к. представляет собою катушку самоиндукции с железным магнитопроводом или без него, в зависимости от назначения. На фигуре 1 схематически представлено устройство Д. к. Железный магнитопровод М делается набранным из листового железа толщиной в 0,5 миллиметров, для уменьшения потерь в железе.
Приблизительно 0,1 ч. объёма железа уходит на бумажную изоляцию между листами. К, К—две катушки из изолированной медной проволоки, соединенные последовательно. Сечение Q (см2) железного сердечника определяется из выражения:
Фигура 1.
Е2=4,44 w В Q 10~8V,
или
L=4π · ^ · 10~9 Н,
где Е2—напряжение на зажимах Д. к., /— число периодов переменного тока, w—выбранное число витков, В—магнитная индукция, которая берется, в зависимости от сорта железа и назначения Д. к., в пределах от 5 000 до 10 000 инд. линий, L—коэфф. самоиндукции Д. к., <5—приведенная длина воздушного зазора, равная 2 <5+^ (ϊ—длина пути силовых линий в железе, μ—коэфф-т магнитной проницаемости). Сечение q витков катушек определяется плотностью тока, которая обычно берется=1,5-1-2,5 А/мм2. Чтобы при изменении силы тока или напряжения на зажимах Д. к. коэффициент самоиндукции ее оставался практически постоянным, воздушный зазор 2δ выбирают равным 2, 3 и даже 5 миллиметров.
Д. к. имеет самое разнообразное применение в электротехнике. Пусть, наир., требуется понизить напряжение на электродах дугового фонаря, присоединенного к сети переменного тока. Это можно осуществить при помощи Д. к., включенной по схеме фигура 2. Одновременно с этим уменьшается колебание силы тока, вызывающее неспокойное горение дуги. Понижение напряжения происходит без большой потери энергии, в противоположность тому случаю, когда для той же цели применяется омич, сопротивление (реостат). На фигуре 3 представлена векторная диаграмма включения Д. к. по схеме фигура 2. Вектор силы тока I совпадает по фазе с напряжением Ev действующим на зажимах лампы, и отстает на угол φ2 от Е2—падения напряжения в Д. к. Угол φ2был бы точно равен 90°, если бы не было потерь в железе и меди Д. к., которые в сумме составляют обыкновенно около 10% от произведения Е2-1. Эти суммарные потери” в Д. к. получаются наименьшими тогда, когда у нее выбрано такое число витков и их сечение, что, при тех же силе тока и падении напряжения Е2 в Д. к., потери в железе получаются равными потерям в меди. В настоящее время, однако, избегают применять Д. к. для дуговых фонарей, а ставят вместо них трансформаторы или делители напряжения, т. к. в последнем случае понижается сила тохса, идущего из сети, благодаря меньшему сдвигу фаз. При освещении длинных каналов и шоссе выгоднее применять последовательное соединение источников света, т. к. сечение проводов получается меньше, чем при параллельном соединении. В этом случае параллельно к каждой лампе присоединяют Д. к. (фигура 4). Этим можно достигнуть того, что при перегорании 40% общего числа ламп в остальных сила тока уменьшится всего на 10%.
Д. к. употребляются также для регулирования напряжения одноякорных преобразователей со стороны постоянного тока. В том случае, когда два трансформатора имеют не совсем одинаковые коэффициенты трансформации или неравные падения напряжения, при нагрузке включают ок. этих трансформаторов Д. к., чем достигается удовлетворительность их параллельной работы.
Очень важное применение Д. к. относится к области защиты мощных электротехнич. установок от действия чрезмерных токов и перенапряжений .Употребляемые в первом случае Д. к. носят название реакторов и служат для ограничения тока при коротком замыкании, случившемся в каком-нибудь пункте сети. Реакторами защищают обычно слабые ответвления, которые рассчитаны на сравнительно небольшую рабочую силу тока и поэтому не могут выдерживать громадных токов короткого замыкания, достигающих 200-кратного и больших значений. Наиболее распространенная величина падения напряжения в реакторах при прохождении рабочей силы тока—5 % от рабочего напряжения. Таким значением удается ограничить силу ударного тока короткого замыкания до 30-кратного рабочего тока, что для многих случаев яв
Фигура 4.
ε
Фигура 2.
ляется достаточным. Выше идти не следует, т. к. возрастающее падение напряжения при нагрузке невыгодно отражается на приемниках энергии. Поэтому реакторы обыкновенно делают без железного сердечника; расчет их ведется на основании следующих выражений:
L= iffi: i и Ώ-λ - D w2· 10“SH, где λ колеблется от 4 до 6 в зависимости от отношения высоты реактора к его внешнему диаметру D.
При защите от перенапряжений Д. к. служат для сглаживания крутого фронта набегающей волны напряжения, который очень вредно действует на изоляцию обмоток трансформаторов, машин и аппаратов, находящихся на пути этой волны. Действительно, если, например, трансформатор имеет 3 000 витков и находится под рабочим напряжением, амплитудное значение которого 30 000 V, то понятно, что напряжение между двумя соседними витками не превзойдет значения 10 V. Последнее и имеют в виду при устрой- ( стве изоляции между витками. Однако такое положение резко меняется в случае набегания волны напряжения. Как видно из фигура 5, в то время как первый виток находится уже под напряжением, до второго волна еще не дошла. Т. о., между этими первыми витками в момент вхождения волны может образоваться полное напряжение (в нашем случае—30 000 V). В действительности влияют емкости между витками и между витками и корпусом, вследствие чего указанное выше напряжение понижается, однако не настолько, чтобы быть безопасным.
Д. к., находящаяся на пути волны напряжения, сглаживает ее фронт. Это объясняет-ш ся тем, что подхо-
“- дящая волна с на пряжением Е и с
Фигура 5.
-T5WTU
силой тока i„=—
(м>! — волновое сопротивление линии передачи, равное
—, где L и С— коэфф. самоиндукции и емкость 1 км линии) разбивается у входа в Д. к. на две части: на отраженную с силой тока г0 и на проходящую с силой тока г2=г0— г0 (фигура 6). Одновременно с этим у входа в Д. к. образуется напряжение E + E=(i0 + i0)w1=(2г0 - г2) w1=2E - i2w1. Это напряжение должен быть равно напряжению самоиндукции, развивающемуся в Д. к. при прохождении по ней тока. Т. о.,
2Е-цщ-L-^f,
Фигура 6.
откуда
^2 —
2 Е
XV,
Г ί
1-е L
•Wi
потенциальной кривой. Если учесть волновое сопротивление обмотки трансформатора, то ур-ие представится в следующем виде:
w2+ w, ~
2Е. - —ϊ— t
Подробнее об отражении волн от Д. к. см. Перенапряжения.
Ниже приводится таблица коэффициентов самоиндукции Д. к. в тН, в зависимости от мощности и напряжения.
Коэффициенты самоиндукции дроссельных (реактивных) катушек в тН.
| Напряжение в Y | Мощность в kVA | ||||
| 10 | 50 | loo | 500 | 1 000 | |
| 3 000 | 5,1 | 1,5 | 0,9 | 0,27 | 0,16 |
| 6 000 | 20,3 | 6 | 3,6 | 1,1 | 0,64 |
| 10 000 | 56,5 | 16,8 | 10 | 3,0 | 1,8 |
| 20 000 | 226 | 67 | 40 | 12 | 7,2 |
| 35 000 | 705 | 210 | 125 | 37 | 22,1 |
Наиболее употребительные типы Д. к.— соленоидальный и дисковой. Расчет подобных катушек м. б. произведен по следующей формуле Эмде:
L=2nyOivnO-»K,
где w—число витков, X»—внешний диаметр Д. к., у—коэфф., зависящий от отношения диаметра Д. к. к ее длине.
Лит.: Круг К. А., Основы электротехники, М., 1926; Угримов Б. И., Техника высоких напряжений, вып. 3, М.—Л., 1924; Эпштейн Г. Л., Перенапряжения на электротехнических установках, Киев, 1927. Е. Нитусов.