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

В результате на участке asi-as2, когда сопротивление обмоток ^pi и йУрз уже близко к нулю, а сопротивление обмоток wp2 и даР1 еще велико, мост выходит из равновесия и к нагрузке прикладывают­ ся импульсы напряжения, изменяющие свою полярность при измене­ нии фазы управляющего сигнала на 180° (рис. 5.5, д).

Таким образом, в мостовой схеме в отличие от дифференциальной реверсируется не только основная гармоника выходного напряжения, но и его постоянная составляющая. Это позволяет включать нагрузку с выходом как переменного тока (двухфазный двигатель), так и постоян­ ного (обмотка возбуждения машин постоянного тока).

Рис. 5.6. Реверсивный мостовой быстродействующий усилитель с двухполупериодным выходом:

Мостовые усилители легко соединять в многокаскадные схемы. Для этого вместо нагрузки R„ включают обмотку управления после­ дующего каскада. При этом должно соблюдаться условие, чтобы рабо­ чий полупериод предыдущего каскада был управляющим для после­ дующего. Если схема питается от одного источника U0, то достаточно все диоды в последующем каскаде включить в противоположном на­ правлении.

Многокаскадные быстродействующие усилители позволяют усили­ вать сигналы переменного тока без их предварительного выпрямления с коэффициентом усиления по мощнсти до 10е. Запаздывание т такого усилителя лежит в пределах

■ у П < Т < - у ( п + \) ,

где п — число каскадов; Т — период сети.

123

Общим недостатком приведенных схем является однополуперйод­ ный выход. Рассмотрим одну из схем (рис. 5.6, а) с двухполупериодным выходом. Она состоит из двух однополупериодных мостовых схем типа схемы рис. 5.5, а, рабочие полупериоды которых чередуются, благодаря чему мостовые схемы работают попеременно на две первич­ ные обмотки выходного трансформатора Тр. Чередование полупериодов обеспечивается за счет того, что обмотки управления второго мо­ стового усилителя wy2 соединены последовательно с нагрузкой (одной из первичных обмоток трансформатора) первого мостового усилителя. Сигнал же управления подается лишь на обмотки управления wyl первого мостового усилителя. Такую двухполуперйодную схему можно использовать в качестве последнего каскада быстродействующих мо­ стовых усилителей. В мостовых схемах роль цепей смещения могут выполнять рабочие обмотки, если вентили в рабочих цепях шунтиро­ ваны сопротивлениями R w (ср. рис. 5.2, б).

§ 5.4. ОСНОВЫ РАСЧЕТА УСИЛИТЕЛЕЙ

Расчет быстродействующих усилителей сводится к выбору магнитного ма­ териала, размеров сердечника и обмоточных данных, обеспечивающих заданные показатели усилителя. Из анализа, проведенного в § 5.2, ясно, что если, напри­ мер, по заданной выходной мощности из определенного материала выбран сер­ дечник с объемом V [см. формулу (5.7)], то мощность управления, необходимая для полного перемагничивания сердечника, определяется этим объемом, входя­ щим в формулу (5.9), и не может быть выбрана произвольно. В результате может оказаться, что при заданной выходной мощности необходимая величина мощности управления превышает потенциальную мощность источника сигнала. Эта связь между входной и выходной мощностями обусловлена фиксированным временем задержки в быстродействующих усилителях.

В этих условиях выбор сердечников можно осуществлять лишь по одному параметру: Рп или Ру. После выбора следует проверить, будет ли усилитель до­ статочно хорошо удовлетворять заданным условиям. Возможно, что заданное усиление не может быть осуществлено в одном каскаде. В данном случае для

Пусть задана максимальная мощность нагрузки в однополупериодной схеме рис. 5.1, а. Основной размер сердечника можно определить, как и в «обычных» усилителях с самонасыщением, по формуле

где 2 --- коэффициент, учитывающий однополупериодный выход схемы на од­ ном сердечнике.

Значения kb и ki выбирают, как и ранее (см. § 3.7). Удельное число витков можно найти, исходя из заданной кратности изменения тока нагрузки или до­ пустимого минимального напряжения на ней.

124

Минимальный ток холостого хода в однополупериодной схеме (среднее зна­ чение)

откуда

Rn Нс

(5.13)

2Нн шіп

где Нс может быть принято равным напряженности, соответствующей индук­ ции Aßymax на динамической кривой размагничивания (ср. пример 3.2). Подста­ вив значения WpU, Uc. Вс — 0,5Aßymax. k\ и k-0 в (5.11), найдем размер а и все остальные геометрические размеры, в том числе объем сердечника V. Число вит­ ков рабочей обмотки

ьУр = (Ш р /0 k i а .

Диаметр провода определяется по плотности тока или допустимому к. п. д. т) Определив площадь окна для обмотки Wp, следует оценить заполнение окна сердечника, учитывая, что обмотка управления занимает лишь несколько про­ центов от площади окна рабочей обмотки. При необходимости делают повторный

расчет, соблюдая неравенство (5.13).

После выбора сердечника можно найти мощность управления, необходимую

Если усилитель должен управляться однополупериодным сигналом, среднее за полупериод значение которого Uу.Ср. и этот сигнал поступает от источника с внутренним сопротивлением RBB, то потенциальная мощность датчика должна быть не меньше, чем мощность Ру:

г°-

Проверим условие согласования усилителя с нагрузкой, приняв полное со­ противление управляющей цепи равным внутреннему сопротивлению датчика:

где Aßy/AT/y — наклон среднего линейного участка динамической кривой раз­ магничивания.

Выполнение условия (5.18) позволяет с достаточной точностью воспользо­ ваться анализом при идеальной прямоугольной петле гистерезиса [3]. В этом случае по относительному коэрцитивному току

* Нс 7Рвн / wp

w p Нс m \ w y /

и относительным характеристикам вход — выход (см. рис. 5.3) можно найти за­ висимость Пн ■= t (Ну) в абсолютных значениях, а также оценить напряжение

на нагрузке при отсутствии сигнала (Ну m = 0).

125

Если необходимо сместить характеристику, например на середину линейного

участка (U = 0,5), при отсутствующем сигнале (для дифференциальной и мосто­ вой схем) надо уменьшить опорное напряжение

Расчет входного каскада по мощности управления сводится к нахождению максимального объема сердечника, который может перемагнитить данный источ­ ник сигнала с потенциальной мощностью Ру, по формуле (5.14). Из сердечников с одинаковым объемом следует выбирать сердечник с большим окном, так как это позволит увеличить площадь окна обмотки wp и максимальную напряжен­ ность НШах. а значит, и выходную мощность каскада [см. формулу (5.7)].

Другой способ увеличения объема сердечника в реверсивных схемах рис. 5.4 и 5.5 и, следовательно, выходной мощности при неизменной Р у ,п заключается в уменьшении диапазона изменения индукции АВу при соответствующем изме­ нении диапазона ДНу (см. рис. 3.20). При этом моменты времени a si и а 82 будут

Г л а в а VI

МАГНИТНЫЕ МОДУЛЯТОРЫ (УСИЛИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ)

ИЗОНДЫ

Вустройствах автоматики нередко требуется усиливать весьма слабые сигналы постоянного тока. Например, для автоматического регулирования температуры с точностю до Г необходимо усиливать напряжения, поступающие от термопар, порядка 20 мт.

Низкая стабильность нуля электронных и транзисторных усилите­ лей постоянного тока не позволяет усиливать непосредственно такие напряжения: сначала их преобразуют в переменное напряжение, с по­

лики, важен лишь коэффициент усиления по напряжению и стабиль­ ность нуля. Основной причиной ухода нуля реверсивных усилителей

128

§ 6.!. МОДУЛЯТОРЫ С ВЫХОДОМ НА ОСНОВНОЙ ЧАСТОТЕ

Усилителями напряжения могут служить все три вида схем ревер­ сивных усилителей с выходом переменного тока частоты, равной часто­ те питающей сети (см. § 4.2).

Рассмотрим особенности работы трансформаторной схемы (см. рис. 4.8) в качестве усилителя напряжения.

Допустим, что нагрузкой магнитного усилителя является элект­ ронный усилитель, входная лампа которого работает с таким отрица­

При отсутствии сигнала состояние обоих усилителей определяется

и выходное напряжение отсутствует.

При подаче сигнала напряженность Я у складывается с напряжен­ ностью # см для одного и вычитается для другого усилителя. Рабо­ чая точка одного усилителя перемещается в точку /, другого — в точку 2, оставаясь по-прежнему на одной кривой намагничивания. При' противоположной полярности сигнала рабочие точки усилите­ лей меняются местами.

Если крутизну кривой намагничивания обозначить дВ^/дН^, то

127

При изменении полярности тока управления это напряжение ме­ няет фазу на 180°, как в усилителе мощности.

Найдем связь между числом витков обмотки шу, ее сопротивлением Ry, площадью окнауЗу и длиной среднего витка /у. Из выражения

ply Ц>у

Qу ^зап

Крутизна кривой намагничивания dB^/дН_ зависит от качества материала

и положения исходной рабочей точки на семействе кривых намагничивания. Для увеличения коэффициента усиления следует выбирать точку с наибольшей кру­ тизной. Напряженность Нш постоянного поля, соответствующую этой точке,

берут в основу расчета цепи смещения, а индукцию В 0 — в основу расчета пер­

вичной цепи.

Обычно обмотки аісм и w1 занимают 15—20% всей площади окна сердечни­ ка. Остальную площадь окна занимают обмотки Wy и w2. Оптимальное соотноше­

д

dQy (cQQ'/2- cq3/2) = 0

128