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

делены X; ■= 366 ож, Ja *= 0,51 а и и п = 207 в.

Рис. 4.13. Расчетные векторные диаграммы:

106

§ 4.4. МНОГОКАСКАДНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Магнитные усилители можно легко соединять в схемы в виде каска­ дов. В этом случае нагрузкой предыдущего каскада магнитного усили­ теля является обмотка управления последующего каскада. Часто уси­ лители собирают в многокаскадные схемы для увеличения общего ко­ эффициента усиления. При этом количество каскадов может достигать 5—6. Однако многокаскадные усилители нередко применяют и тогда, когда необходимый коэффициент усиления можно получить и в одном каскаде с помощью ПОС. Такое их использование может преследо­ вать две цели.

Во-первых, увеличение числа каскадов при сохранении общего коэффициента усиления позволяет значительно (иногда в десятки раз) уменьшить общую инерционность многокаскадного усилителя.

Поясним это на примере замены однокаскадного усилителя двухкаскадным. П р и м е р 4.3. Однокаскадный усилитель с параметрами kp — 10 000, t — 400 гц, fe0c = 0,9, ц =» 0,9 имеет постоянную времени [по уравнению (3.14)]

10 000

(1—0,9) = 0 ,7 сек.

4.400-0,9

Заменим этот усилитель двухкаскадным, сохранив общий коэффициент уси­ ления и считая, что значен-ия коэффициентов koc и г) одинаковы у обоих каска­ дов и равны значениям однокаскадного усилителя. Разделим общий коэффициент усиления между каскадами так, чтобы их произведение оставалось равным kp коэффициенту усиления однокаскадного усилителя

fey,] — 200, fep2 — 50, kpj fey,2 ' • 10 000.

Постоянные времени каскадов:

4 . 400 • 0,9

50 Ток- 4 • 400 • 0,9 (1 - 0 ,9 ) =0,0035 сек.

Таким образом, при сохранении общего коэффициента усиления постоянные времени каскадов, составляющих усилитель, уменьшились в 50 (I) и в 200 (!) раз. Однако замена однокаскадного усилителя двухкаскадным повышает порядок общего дифференциального уравнения системы автоматического регулирования, в которой работает усилитель, потому что динамика каждого каскада описы­ вается своим дифференциальным уравнением первого порядка типа (3.16) или передаточной функцией типа (3.18), а в случае каскада с самонасыщением—типа

(3.48).

Во-вторых, применение предварительного каскада усиления перед мощным выходным каскадом позволяет снизить вес и габариты много­ каскадного усилителя в целом при сохранении заданных мощности и чувствительности.

Из § 3.7 и выражения (3.55) очевидно, что для меньших веса и га­ баритов усилителя необходимо выбирать возможно большее значение Вс и проектировать усилитель на материале с большими значениями индукции насыщения, т. е. на электротехнической стали, а не на пер­ маллое. Однако кривые намагничивания стали далеки от идеальной (ср. рис. 1.15 и 1.9, г); следовательно, из нее нельзя сделать еысоко-

107

чувствительный и стабильно работающий усилитель. Выполнять же однокаскадный усилитель на пермаллое экономически нецелесообраз­ но — такой усилитель будет иметь завышенные габариты, так как для получения высокой чувствительности усилителя приходится прини­ мать относительно низкие значения Вс и //тах по сравнению со сталью. Стоимость такого усилителя также значительна ввиду большой стоимос­ ти пермаллоя. Все это более очевидно, если учесть, что при малых сиг­ налах применяют пермаллои с присадками молибдена (79НМ) и хрома (80НХС) (см. гл. I). Небольшая мощность на входе усилителя часто не позволяет рассчитывать усилители при напряженностях Я ^тах, боль­ ших 1 а!см, и для сохранения линейности характеристики вход—выход индукцию Вс выбирают (см. рис. 2.9, в) в пределах 0,3—0,4 тл.

Применение дополнительного каскада позволяет несколько умень­ шить коэффициент положительной обратной связи в первом каскаде, что способствует повышению стабильности нуля усилителя при коле­ баниях температуры, напряжения, частоты источника питания и т. п.

Если сигнал на входе усилителя не изменяет полярности и до­ пустимо протекание по нагрузке тока холостого хода, то многокаскад­ ную схему выполняют на нереверсивных усилителях. Обмотки управления последующих каскадов шунтируются емкостями, которые предотвращают появление релейных режимов и повышают линейность характеристики вход—выход.

Это объясняется тем, что через емкость замыкаются четные гармо­ ники э. д. с., наводящиеся в зашунтированной обмотке управления, которые при отсутствии емкости выпрямлялись бы вентилями рабочей цепи предыдущего каскада, как в схеме рис. 3.1, г, и выполняли бы роль непредусмотренной обратной связи, нарушающей в этом случае работу усилителя.

Если сигнал на входе меняет полярность, многокаскадную схему выполняют на реверсивных усилителях. На рис. 4.14 приведена по­ добная схема усилителя следящей системы, нагрузкой выходного кас­ када М У2 которого является обмотка управления двухфазного асин­ хронного двигателя. Выходной каскад изготовлен из электротехни­ ческой стали по дифференциальной схеме с самонасыщением. На­ чальное смещение в этом каскаде позволяет вывести исходные точки работы на линейные участки характеристик вход—выход каждого усилителя выходного каскада.

Входной каскад М УХ выполнен по схеме реверсивного усилителя рис. 4.1; нагрузками являются обмотки wyl — wyl и wy2 — wy2 вто­ рого каскада, шунтированные емкостями С1 и С2. Нуль усилителя устанавливается потенциометром смещения Псм. Для снижения до­ полнительной постоянной времени, вносимой цепью смещения (см. § 3.3), предусмотрены Ддоб, ограничивающие величину токов смеще­ ния в крайних положениях движка потенциометра Псш.

Особенностью усилителя МУг является применение в нем так на­ зываемой о б щ е й положительной обратной связи (ПОС).

В схеме рис. 4.1 обратная связь создается током только «своего» усилителя, протекающим по единственной обмотке обратной связи.

103

Й* #

La A-aJ

Рис. 4.14. Схема двухкаскадного реверсивного магнитного усилителя