Переходные процессы во взаимосвязанных контурах индукционной катушки

Упрощенная схема замещения индукционной катушки после размыка­ния контактов прерывателя приведена на рис. 14.3, а.

У нее два контура: первичный и вторичный. Каждый.из них имеет индуктивность, емкость и резисторы: L1, C1, R1 - в первичной цепи, L2, С2, R2 - во вторичной. Значения L1 и L2 определяются при данной магнитной системе катушки числом витков обмоток w1 и w2. Резистор R _Ш имитирует утечку тока на свече Св. Процесс работы индукционной катушки разделяется на два этапа. Первый этап характеризуется скоростью нарастания тока в первич­ной цепи при замкнутых контактах и включенном выключателе S1. Если пренебречь влиянием процессов, происходящих во вторичной цепи, то , где i ₁ - мгновенное значение тока в первичной цепи; U_б - напряжение аккумуляторной батареи; L ₁ - индуктивность пер­вичной обмотки w1 индукционной катушки ИК, K ₁ - сопротивление об­мотки w1.

При токе i = I _Р (рис. 14.3, б), называемом током разрыва, сила электро­магнита равна силе пружины. Контакты прерывателя замкнуты в течение времени t _З, за которое ток i ₁возрастет до значения I _Р. Превышение силы электромагнита над силой пружины зависит от механической силы инер­ции движущихся частей и электрической инерции размыкания контактов.

При медленном размыкании контактов, как правило, возникает дуга.

Возникновение дуги приводит к уменьшению вторичного напряже­ния, а также обгоранию контактов и сокращению их срока службы. Факторами, влияющими на скорость размыкания контактов, являются масса подвижных частей системы, емкость первичной цепи (конденсатор С1 - см. рис. 14.3, а), определяющая разрывную электромагнитную энер­гию, индуктивность L1 обмотки w1 и сопротивление (редуктор R1). Чем больше L1 и R1, тем больше допустимая электромагнитная мощность. У катушек скорость размыкания контактов 0,1-0,4 м/с, а разрывная электромагнитная энергия 150 мДж.

Второй этап работы индукционной катушки наступает с момента раз­мыкания контактов первичной цепи. При работе системы на чистые свечи допускают, что R _Ш =∞, ток i ₁= I _Р, напряжение на конденсаторе С1 равно U ₁вторичное напряжение U ₂на индукционной катушке и ток i ₂во вторичной цепи равны нулю.

Дифференциальные уравнения для первичных и вторичных контуров с учетом начальных условий в операторной форме имеют вид:

p =d/dt - оператор дифференцирования; М - взаимоиндуктивность между обмотками w1 и w2 (, здесь к - коэффициент магнитной свя­зи этих же обмоток).

Решая эти уравнения относительно токов и напряжений, находят, что

                                                                                   (14.1)

где А – характеристическое уравнение:

(14.2)

Уравнения (14.1) и (14.2), приведенные без вывода, описывают пере­ходные процессы соответственно в первичной и вторичной цепях индук­ционной катушки. Характеристическое уравнение А имеет обычно две пары комплексных сопряженных корней

здесь α ₁ и α ₂- вещественные части комплексных корней, λ ₁ и λ ₂ - частоты, характеризующие колебательный процесс; jλ ₁и jλ ₂ - мнимая часть комп­лексных корней.

Колебательный процесс имеет форму импульсов тока и напряжения. Их амплитуда и форма в первую очередь зависят от параметров кон­туров, коэффициента магнитной связи и значения шунтирующего сопро­тивления. Чем больше сопротивление резисторов R ₁и R ₂и меньше шун­тирующее сопротивление резистора R _Ш, тем меньше значение вторичного напряжения. Если допустить, что R _l = R₂ = 0, a R _Ш= ∞, выражение для вторичного напряжения может быть представлено в виде

где i p - ток, при котором размыкаются контакты К.

На вторичные напряжения влияют также потери на контактах преры­вателя при их размыкании с возникновением дуги. Кроме того, дугообразование на контактах приводит к эрозии и обгоранию контактов и перебоям в искрообразовании на свечах вследствие понижения вторич­ного напряжения.

Магнитные потери в стали (потери на гистерезис и вихревые токи) в индукционной катушке невелики, так как магнитные цепи катушки в большинстве случаев выполняют разомкнутыми.

При ориентировочных подсчетах максимального значения вторичного напряжения считают, что

где U_{2 max} - вторичное максимальное напряжение; η - коэффициент, учи­тывающий потери мощности в контурах при R _Ш =∞ (обычно η = 0,75-0,85).

Если нет дуги на контактах и потерь из-за утечки тока во вторичной цепи, напряжение U ₂пропорционально току разрыва I _P. При больших токах разрыва, вследствие потерь на дуге между контактами и потерь на утечку тока во вторичной цепи, рост напряжения замедляется и даже прекращается.

При эксплуатации систем зажигания следят за исправностью корпусов блоков индукционных катушек и их электрическим контактом с металли­ческими частями ЛА. Со свечами работают аккуратно, так как при ударах и чрезмерных усилиях во время их ввертывания возможно появление тре­щин в керамическом изоляторе. Рабочие поверхности полупроводниковых и эрозионных свечей не разрешается чистить, промывать и протирать: это может привести к нарушению слоя металлических частиц на полу­проводнике. Для восстановления напыленных металлических частиц на поверхности эрозионных свечей аппараты зажигания включают до подачи топлива, т. е. выполняют тренировку свечей.

При проверке работоспособности высоковольтный провод присоеди­няют к свече, а ее корпус надежно соединяют с металлическим корпусом ЛА. При проверке «на искру», когда высоковольтный провод отсоединен от свечи и разряд происходит между проводом и металлическим корпу­сом ЛА, вторичное напряжение может превысить допустимое значение и вызвать повреждение изоляции в индукционной катушке. При замене отказавшей свечи на новую проверяют исправность форсунки пускового топлива, так как отказ свечи может быть из-за неправильного распыле­ния пускового топлива вследствие засорения форсунки.

Глава 15