Файл: Миловзоров, В. П. Электромагнитные устройства автоматики учебник.pdf

напряжение на нагрузке можно выразить формулой

Предельно допустимое напряжение Пс.ср.пред определяется из усло­ вия, что рабочая точка движется по предельной петле гистерезиса, опускаясь в управляющий полупериод до значения индукции насыще­ ния—Bs и достигая точки 2 лишь в момент времени соt = л. Если при­ нять при этом, что и и ср ж 0, а АВу = 2Bs, то среднее значение та­ кого напряжения

Рассмотренный режим работы сохраняется до значения напряжен­ ности Н у, при которой рабочая точка в управляющий полупериод до­ стигает точки 1' (рис. 3.5, б). При больших отрицательных значениях Ну режим работы схемы рис. 3.5, а принципиально меняется. При этом характер процессов напоминает работу магнитного усилителя, пока­ занную на рис. 2.4, когда Нѵ «возвращает» рабочую точку на верти­ кальный отрезок петли гистерезиса.

На рис. 3.5, в приведен частный динамический цикл такого режи­ ма. В управляющий полупериод рабочая точка достигает положения /, находящегося на насыщенном участке петли. Поэтому в рабочий полу­ период, пока ток ір не создаст напряженность

жения на Rz под действием тока /р. Если питающее схему напряже­ ние равно предельному (3.28), то под действием «оставшейся» части неуравновешенного напряжения t/c рабочая точка, поднимаясь по правой ветви динамического частного цикла, к концу рабочего полупериода не достигнет насыщения (точка 2 на рис. 3.5, е). В следующий управляющий полупериод рабочая точка снова вернется в исходное положение 1.

Пренебрежем динамическим расширением петли гистерезиса, т. е. примем, что НСтв ä; ЯСст. Тогда, заменяя в уравнении (3.29) напря­ женность Ну на н. с. обмотки управления, а напряженность Нр на

В рассмотренной элементарной схеме в обмотке wy наводится пе­ ременная э. д. с. Для ее уменьшения магнитные усилители с самонасыщением выполняют из двух элементарных схем (см. рис. 3.1, в). Обмотки шр и диоды соединяют так, чтобы в одно и то же время один из сер­ дечников находился в состояниии управляющего полупериода, а дру-

гой — рабочего. Так как кривые изменения индукции в рабочий и уп­ равляющий полупериоды близки по своему характеру (см. рис. 3.5,5) и направлены в противоположные стороны, то их действие на обмот­ ку управления частично компенсируется и в ней наводятся только четные гармоники з. д. с., а основная и нечетные гармоники подавляют­

ся, как в дроссельном усилителе.

Если усилитель работает в режиме вынужденного намагничивания, то можно считать, что процессы в каждом сердечнике аналогичны рас­ смотренным на рис. 3.5, но сдвинуты на полпериода. Так как схема на ^вух сердечниках в отличие от элементарной схемы двухполупериодная, среднее значение напряжения на нагрузке удваивается:

Аналогично удваивается и ток в нагрузке при больших отрицатель­

Если за выходную величину в схеме рис. 3.1, б принять напряже­ ние, то характеристика вход — выход усилителя с самойасыщением примет вид, показанный на рис. 3.6, а. На участке 1-2 напряжение на выходе определяется выражением (3.32), а на участке 2-3 выраже­ нием (3.33), умноженным на R&

На рис. 3.6, а характеристика реального усилителя дана пункта' ром; на вынесенных петлях гистерезиса заштрихованы частные циклы, соответствующие работе усилителя на различных участках характе­ ристики вход — выход.

Важно отметить принципиальную разницу в работе усилителя на участках 1-2 и 2-3. На участке 2-3 усилитель работает подобно усилите­ лю без обратной связи. Так, если принять коэрцитивную силу Нс = О (что будет достаточно точно при относительно больших напряженно­ стях управления), то выражение (3.33) переходит в выражение (2.8). Поэтому к участку 2-3 характеристики вход — выход применим вы­ вод, сделанный в §2.2, и можно сказать, что при больших отрицатель­ ных напряженностях управления усилитель с самонасыщением являет­ ся управляемым источником тока: ток нагрузки определяется током управления и не зависит от сопротивления нагрузки, напряжения схемы и других факторов. На участке 1-2 не ток, а напряжение на выходе усилителя определяется током управления — в выражении (3.32) ве­ личина Aßy, характеризующая напряжение £/н. ср, зависит толь­

а ток в нагрузке зависит от сопротивления нагрузки. Заметим, однако, что на этом участке усилитель не отличается той стабильностью при изменении напряжения схемы, которая свойственна усилителю без обратной сзязи, что ясно из формулы (3.32),

66

По динамической кривой размагничивания можно с достаточной точностью построить основной участок 1-2 характеристики усилителя, спроектированного на такую частоту сети и при такой толщине матери­

ала, для которых снималась эта кривая.

Наряду со свойствами магнитного материала большое влияние на крутизну характеристики вход — выход оказывает обратное сопротив­ ление диодов. Так, обратный ток диода, проходящий по рабочей обмот­ ке, способствует размагничиванию сердечника, т. е. увеличивает АВ у, а значит снижает £/ВЬІХ. На рис. 3.6, б показано качественное влияние обратного сопротивления диодов на характеристику вход — выход.

Чтобы обратное сопротивление диода мало влияло на характеристи­

На рис. 3.6, в и 3.7 приведены семейства динамических кривых раз­ магничивания для электротехнической стали и трех видов пермаллоя, снятых на кольцевых сердечниках в диапазоне частот от 50 до Юкгц [1.7]. Для сплава 34НКМП наглядно видно, как изменяется динами­ ческая кривая размагничивания за счет влияния вихревых токов при одних и тех же частотах в зависимости от толщины ленты.

Физические процессы, рассмотренные на рис. 3.5, относятся к магнитным усилителям, работающим в режиме вынужденного намагничивания, когда в цепи управления не могут протекать переменные составляющие тока. Как указыва­ лось, в усилителе с самонасыщением на двух сердечниках в обмотке управления наводятся э. д. с. четных гармоник, и, следовательно, при конечном значении со­ противления цепи управления ток / у будет иметь переменную составляющую.

Проанализируем работу такого усилителя (рис. 3.8, о) на основном участке 1-2 характеристики вход—выход (рис. 3.6, о), предполагая динамическую петлю гистерезиса прямоугольной с напряженностью Нс№н, зависящей от скорости изменения индукции (рис. 1.12). Для упрощения анализа будем считать, что ток *р появляется и прекращается в моменты перехода питающего напряжения через нуль (рис. 3.8, г).

Предположим, что положительный полупериод напряжения ис является рабочим для сердечника 1 и управляющим для сердечника 2. Под действием этого напряжения вентиль Дх открыт, ток гр создает напряженность Яр, сердечник 1 намагничивается на участке 0-as (рис. 3.8, <9), как и в элементарной схеме рис. 3.5.

Отличие состоит только в том, что в обмотке управления при этом наводится э. д. с., которая стремится создать в цепи управления ток, препятствующий по правилу Ленца намагничиванию сердечника 1. Последнее означает, что созда­ ваемая этим током напряженность будет направлена противоположно Яр, т. е в ту же сторону, что и напряженность постоянной составляющей тока управле­ ния

/ у = Я у / Д у .

При этом ток /у.дин, протекающий по обмотке управления на участке 0-as (рис. 3.8, ж), создает отрицательную напряженность ЯеДИН (рис. 3.8, 6), под действием которой сердечник 2, находящийся в состоянии управляющего полупериода, размагничивается (рис. 3.8, д).

Поскольку обмотка wy охватывает оба сердечника, указанная э. д. с. будет наводиться в ней под действием изменения суммарной индукции В у = б х + В2, показанной на рис. 3.8, е. Причем величина этой э. д. с., равная падению напря­ жения на активном сопротивлении цепи управления под действием разности то­

6 8

Му,тл

Рис. 3.7. Семейства динамических кривых размагничивания трех видов пермаллоя

69

ход ить «домагничивание» сердечника 2 под действием тока управления, который

кой к статической (квазистатической) петле гистерезиса. Ток и напряжение на этом участке обозначены соответственно гу.Кв.ст и # Скв. ст-

Рис. 3.8. Схема магнитного усилителя с самонасыщением (а) и ее работа при конечном значении сопротивления цепи уп­ равления

Среднее значение тока управления (см, рис. 3.8, ж) определяется форму­ лой [1.2]

Подставляя значения токов

(у.дин Н с ДИН / / ® У И (' у . К В , С Т ~ Н С КВ .СТ

и интегрируя, получим

^У — 1 / П Ш у [ Н с дин a S + 7 / с к в . С Г ( л — СС8 ) ] .

70

Отсюда

Hv-Hr

a s — л-

Нс‘ С ДИН-----1Hr1с кв. ст

где

/ '/уу ---—/'уу ХЛІу“'уj/t•

Выразив ток управления через напряжение Uy , найдем связь угла насыще­ ния с сопротивлением цепи управления

Uу

~ : Н с нв ст

Rvl

Н,С ДИН ' -Hr

Рис. 3.9. Схемы усилителей с самонасыщением и выходом по­ стоянного тока

Среднее значение напряжения на нагрузке, если пренебречь током на участ­ ке 0-as, определяется как

где и ст — амплитуда питающего напряжения.

Основное уравнение (3.32) остается справедливым и при конечном значении сопротивления цепи управления, поэтому характеристика вход — выход может быть построена по динамической кривой размаг­ ничивания. Однако, как показывают эксперименты, при снижении со­ противления цепи управления Zy характеристика вход — выход сме­ щается вправо и до 30% [1.7] изменяется ее крутизна (рис. 3.8, в). Этот сдвиг легко объяснить при сравнении рис. 3.5, б и 3.8, б, отку­ да видно, что при одинаковых Д 5У и примерно одинаковой ширине динамических частных циклов одно и то же значение UHср в случае рис. 3.8 будет получено при меньшей величине тока / у.

Поэтому при расчете усилителя с относительно низким Zy по дина­ мическим кривым размагничивания (рис. 3.7), снятым, как правило, в условиях Zу —>■о о , следует предусмотреть возможность регулиро­ вания величины напряженности смещения.

71