Файл: Фабрикант, В. Л. Элементы устройств релейной защиты и автоматики энергосистем и их проектирование учеб. пособие.pdf

В относительных единицах данные параметры можно записать в следующем виде [Л.35]:

Следовательно, электромагнитные процессы л реальном магнитном

Рис. 6.35. Относительная кривая на­ магничивания

максимально возможном среднем значении тока в обмотках w^..

Так как в данном случае общее решение уравнений (6.62) и (6.63) получить трудно, рассмотрим только основные качественные изменения, которые будут в характеристике / cp*=F(p) реального магнитного усилителя.

В первую очередь, из-за конечной магнитной проницаемости для всех значений напряженности магнитного поля ток нагрузки при отсутствии подмагничивания усилителя постоянным током (р = 0) не будет, в отличие от идеального усилителя, равен нулю, а, сле­ довательно, характеристика 1срш=Р(р) не будет проходить через

начало координат (рис. 6.36). Изменяется также наклон линейного участка выходной характеристики к оси р. У реального усилителя

он будет меньше 45° [arctg(A/cp */Др) <45°]. Та же причина обус­ ловливает плавное замедление приращения тока нагрузки при больших величинах параметра р, так что нельзя указать точное

численное значение предельной степени подмагничивания постоян­

29?

ным током, выше которого рост тока нагрузки полностью прекра­ щается. Поэтому максимальное значение параметра рмакс обычно выбирают в зависимости от дополнительных требований, предъяв­ ляемых к магнитному усилителю при его конкретном использова­ нии. Например, если требуется линейная зависимость выходного тока от тока управления, то рмакс будет соответствовать точке

hp*

__\ S7 T \ !ct7*МОЧ Рмвкс\

-1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0.6 0,8 1,0 1,2 р

Рис. 6.36. Выходная характеристика / сР.=

=F(p) для реального (сплошная линия) и идеального (штриховая линия) усилителя

максимального тока нагрузки, при которой характеристика усили­ теля начнет отличаться от линейной. Если условие прямолинейно­ сти необязательно, то максимальный ток нагрузки, а следователь­ но, и значение р Макс могут быть выбраны несколько большими. В каждом конкретном случае для / с р * м ак с и рыакс могут быть вы­

браны наиболее рациональные по тем или иным соображениям величины.

шение максимального тока нагрузки к току холостого хода принято

.называть к о э ф ф и ц и е н т о м к р а т н о с т и изменения выходно­

При заданных сопротивлениях нагрузки RuaTp и цепи управле­ ния Ry можно определить мощность обеих цепей усилителя в двух

характерных точках и вычислить коэффициент усиления по мощ­ ности

Так как в общем случае &кр<°°, а / Ср*макс¥=р, то коэффициент усиления по мощности реального магнитного усилителя kM отли­

чается от коэффициента усиления по мощности идеального магнит­ ного усилителя kP.

298

§ 6.16. Основные схемы магнитных усилителей

Простейшая схема магнитного усилителя (см. рис. 6.18) применяется главным образом при мощностях нагрузки, превы­ шающих 20-н50 вт. Максимальная мощность может составлять сот­

ни киловатт. Коэффициент усиления по мощности равен обычно 50-г-200. Кратность изменения тока нагрузки для усилителей с сер­

дечниками из электротехнической стали колеблется в пределах от 5 до 2С; для усилителей, построенных на основе пермаллоевых магнитопроводов, коэффициент кратности может быть от 100 до

200 и выше. Минимальное значение усиливаемой мощности состав­ ляет примерно 10-4-н10-1 вт для усилителей с сердечниками из железо-кремниевых сплавов и 10-8-н10~6 вт для усилителей с сер­

дечниками из пермаллоя. Коэффициент полезного действия в за­ висимости от максимальной мощности нагрузки колеблется в пре­ делах от 0,5 до 0,9.

Нереверсивные магнитные усилители иногда применяют для измерения больших постоянных токов (до 10 000 а и выше) вместо

Дорогих и крупногабаритных шунтов с искусственным охлажде­ нием. На рис. 6.37 показана одна из схем трансформаторов посто­ янного тока. Шина, в которой измеряют ток, пропускается через окно сердечников и выполняет роль обмотки управления. Магнитопровод усилителя изготавливается обычно из материалов с пря­ моугольной петлей гистерезиса (50НП, 65НП). Параметры усили-

299

теля подбираются так, чтобы обеспечить высокую кратность изме­ нения рабочего тока и прямолинейность выходной характеристики во всем диапазоне измеряемых токов. В измерительную цепь вклю­ чены источник переменного напряжения и выпрямитель, на выходе которого имеются индуктивный сглаживающий фильтр и электро­ магнитный амперметр. Показания амперметра в некотором мас­ штабе соответствуют величине измеряемого тока.

Рис. 6.39. К построению выходной характеристики усили­ теля с обратной связью

Значительное увеличение коэффициента усиления по мощности (до 106-г-107) можно получить при применении положительной об­ ратной связи в магнитном усилителе. Для этого используют допол­ нительную обмотку ш0.с, питание которой осуществляют выпрям­ ленным током нагрузки (рис. 6.38). Тогда постоянная составляю­ щая м. д. с. Fср будет определяться суммой м. д. с. обмоток обрат­ ной связи Fо.с и управления Fy:

Равенство (6.137) после умножения его на величину RMrp/(Ucpw

можно с учетом (6.65) и (6.86) записать в следующем виде:

(6.138)

где ko.c. — Wo.c/w^ — коэффициент обратной связи.

Подставим значение р из (6.138) в выражение для коэффициента

усиления по мощности (6.136). В результате получим

300

Как следует из (6.139), коэффициент усиления по мощности в сильной степени зависит от коэффициента обратной связи и в пре­ деле может достичь бесконечно больших значений. Однако прак­ тически предельная величина &м ограничивается нестабильностью обратного тока выпрямителя, вызывающей дрейф выходной характеристики магнитного уси­ лителя.

Рассмотрим теперь влияние величины коэффициента обрат­ ной связи на зависимость средне­ го значения выходного тока от степени подмагничивания усили­ теля со стороны обмотки управ­ ления. При коэффициенте обрат­ ной связи, равном нулю, р х = Р , и

будем иметь обычную выходную характеристику усилителя без обратной связи (кривая С ' О ' С на рис. 6.39). При ко.сФО кроме

м.д. с. обмотки управления появ­ ляется м. д. с., пропорциональная

среднему значению выходного тока (6.138). Эта м. д. с. в осях Др* р будет представлять собой прямую (ОВ на рис. 6.39), прохо­

дящую через начало координат. Наклон этой прямой определяет величина коэффициента обратной связи:

строить выходную характеристику усилителя с обратной связью Л:р*= -F(p), показанную на рис. 6.40 (кривая 1). При этом вели­

до прямой О В (см. рис. 6.39). Как видно из рис. 6.40, точка мини­

мального тока рабочих обмоток сдвигается в сторону отрицатель­ ных значений р. Величина этого смещения

Рем ^ср*мин^о.с- (6.141)

301