Файл: Миловзоров, В. П. Электромагнитные устройства автоматики учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 137
Скачиваний: 0
и определим оптимальную площадь окна, которую следует отвести под обмотку управления и вторичную обмотку:
1 |
2 |
Qy— з |
Q; Qz= з Q• |
Для вторичной обмотки используют, как правило, провод с возможно более |
|
тонким сечением q2 , что обеспечивает |
наибольший возможный для данного раз |
мера сердечника коэффициент усиления. |
|
Число витков и сечение провода обмотки управления можно изменять, до биваясь наилучшего согласования с датчиком управляющего сигнала.
При выборе сердечников для магнитного модулятора необходимо знать за висимость коэффициента усиления от размера сердечника. Приняв все линейные величины (/ и Іу) пропорциональными основному размеру а, а сечения (s,Q2 и Qy)—
квадрату размера а, из формулы (6.6), |
принимая все остальные величины за по- |
||
стояннный коэффициент с, получим |
|
||
к и — с |
аг а2 |
(6 .8) |
|
а |
|||
|
|
||
Таким образом, незначительные изменения размеров сердечника позволяют резко изменять коэффициент усиления.
Рис. 6.2. Соединения цепи переменного тока магнит ных усилителей напряжения с выходом на основной частоте:
а — д и ф ф е р е н ц и а л ь н а я с х е м а ; б —- м о с т о в а я с х е м а
Трансформаторную схему применяют благодаря значительному усилению напряжения, которое достигается за счет большого числа вит ков обмоток w2. Для этого вида модуляторов используют как коль цевые, так и Ш-образные сердечники. Однако намотка большого числа витков обмоток w.2 на кольцевые сердечники сопряжена с технологи ческими трудностями. Выполнение же усилителей на Ш-образных сердечниках из-за различия в воздушных зазорах приводит к неиден тичности магнитных характеристик, что вызывает повышенную не стабильность нуля.
Большое сечение Q2 вторичной обмотки обусловливает уменьше ние площади окна Qy под обмоткой управления, а следовательно, и уменьшение Н у при неизменной мощности Р у на входе, что повыша ет относительный уход нуля усилителя (ср. § 4.5).
Вследствие указанных недостатков трансформаторную схему сле дует применять лишь для усиления сигналов постоянного тока, мощ-
5 |
З а к . 5 2 8 |
І Д |
ность которых превышает примерно 10_8-н10- ®вт. Для усиления более слабых сигналов рекомендуется дифференциальная или мосто вая схема. При использовании этих схем в качестве усилителей на пряжения нагрузку включают обычно через повышающий трансформа тор (рис. 6.2). Изменения полных сопротивлений обмоток этого тран сформатора влияют лишь на величину и фазу напряжения на нагруз ке, не вызывая ухода нуля. Потенциометр наряду с цепями смещения служит для установки нуля основной гармоники выходного напряже ния. Если вторичный ток трансформатора отсутствует, а током холо стого хода можно пренебречь, то перемещения рабочих точек (см. рис. 6.1) для дифференциальной и мостовой схем аналогичны пере мещениям для трансформаторной схемы.
При тщательном изготовлении и стабилизированном питании уси лители, выполненные по схемам рис. 6.2, могут обеспечить в течение 8 ч работы стабильность нуля (порог чувствительности), соответст вующую сигналу мощностью 10-14-^10-12 вт [1.5].
§ 6.2. МОДУЛЯТОРЫ С ВЫХОДОМ НА УДВОЕННОЙ ЧАСТОТЕ
Магнитные модуляторы с выходом на удвоенной частоте основаны на исполь зовании четных гармоник э. д. с., наводимых в обмотке управления простейшего усилителя при гу -> оо (см. § 2.2).
Основные схемы таких магнитных усилителей приведены на рис. 6.3. Обмот
ка wy в схемах используется как |
для входа, так и для |
выхода. Обе схемы |
(рис. 6.3) реверсивны: изменение |
полярности входного |
напряжения вызывает |
Рис. 6.3. Схемы магнитных усилителей напряжения с вы ходом на удвоенной частоте
изменение фазы выходного напряжения на 180°. В схеме рис. 6.3, а конденсатор С препятствует проникновению сигнала постоянного тока в первичную обмотку выходного повышающего трансформатора Тр, а индуктивность L обеспечивает режим вынужденного намагничивания. В схеме рис. 6.3, б осуществлено после довательное соединение входа и выхода. Конденсатор С2 шунтирует источник сиг нала, и выходное напряжение удвоенной частоты оказывается приложенным к первичной обмотке выходного трансформатора, которая выполняет роль ин дуктивности, необходимой для обеспечения режима вынужденного намагничи вания. В схеме предусмотрена возможность снижения напряжения небаланса, состоящего из нечетных гармоник и обусловленного неидентичностью сердеч ников, путем изменения положения движка потенциометра П и емкости Сх.
J30
Основное преимущество магнитных модуляторов с выходом на удвоенной частоте состоит в том, что никакие колебания напряжения источника питания, различия в характеристиках сердечников, изменения температуры и т. п. не мо гут вызвать появления четных гармоник э. д. с. в обмотке wy при отсутствии сиг нала постоянного тока на входе. Однако предполагается, что напряжение ис точника питания не содержит четных гармоник, которые могут трансформиро ваться в обмотку управления за счет неидентичности сердечников и давать на выходе ложное напряжение второй и других четных гармоник. Поэтому такой тип модуляторов имеет наиболее низкий порог чувствительности (10-19-^- 10~п вт), который определяется лишь магнитными шумами.
При слабых сигналах на входе величина нечетных гармоник на выходе усилителя может превышать величину второй гармоники напряжения в десятки и даже сотни раз. Поэтому на выходе модулятора включают высококачественные многозвенные полосовые фильтры, а для исключения четных гармоник из питаю
щего напряжения — заграждающий фильтр перед обмотками |
Это один из |
|
недостатков данного модулятора. К недостаткам |
относится |
и необходимость |
включения источника анодного питания удвоенной |
частоты для фазочувстви |
|
тельного каскада электронного или полупроводникового усилителя, следующего за магнитным.
Модуляторы с выходом на удвоенной частоте ввиду громоздкости применяют лишь тогда, когда другие типы модуляторов не имеют нужной стабильности или чувствительности.
§ 6.3. МОДУЛЯТОРЫ СО ВЗАИМНО перпендикулярными
полями
Подмагничивание сердечников из ферромагнитного материала мож но осуществлять не только полем управления, силовые линии кото рого расположены параллельно линиям поля рабочей обмотки, но
иперпендикулярным полем. При этом для повышения качества моду ляторов конструкция сердечников должна быть такой, чтобы удовлет ворялись два условия: 1) каждый из взаимно перпендикулярных по токов должен замыкаться только по магнитному материалу сердечника
ине проходить по воздуху; 2) для устранения гистерезисного ухода нуля переменный магнитный поток, размагничивающий сердечник, должен проходить по тем же участкам сердечника, где проходит управляющий поток.
Конструкция усилителя, удовлетворяющего этим условиям, при ведена на рис. 6.4, а. Ферритовый сердечник в виде тороида состоит из двух одинаковых частей, имеющих кольцевой паз, в который за ложена обмотка возбуждения wa, обтекаемая однополупериодным током ів (рис. 6.4, б). Эта обмотка создает поперечное магнитное поле.
Для уменьшения магнитного сопротивления поперечному полю со прикасающиеся поверхности обеих частей сердечника шлифуются. Обмотка управления wy, в которую поступает модулируемый сигнал, равномерно наматывается по всей длине сердечника. Схема модулятора показана на рис. 6.4, б.
За счет напряженности поля возбуждения сердечник находится в насыщенном состоянии в течение одного полупериода питающего напряжения; при этом проницаемость сердечника для продольного поля сильно уменьшается. В полупериод, когда тока ів нет, проницае
мость возрастает до начального значения р.11ач. |
Таким образом, поле |
5* |
131 |
возбуждения периодически меняет индуктивность обмотки wy, в ре* зультате чего ток в цепи, состоящей из сопротивления R и обмотки Wy, начинает пульсировать. Першенная составляющая падения на пряжения от этого тока на сопротивлении R и представляет собой по существу выходное напряжение.
Процесс в идеализированном виде можно пояснить следующим образом. В начале первого полупериода (сat — 0) индуктивность об мотки управления Ly возрастает до значения L0 (см. рис. 6.4, в).
Так как электромагнитная энергия, равная |
— и сосредоточенная |
Рис. 6.4. Модулятор со взаимно перпендикулярными по лями:
а — к о н с т р у к ц и я ; б — с х е м а с о е д и н е н и й ; е — п р и н ц и п р а б о т ы
в этой индуктивности, не может мгновенно изменяться, то ток іу при со/ = 0 должен уменьшиться до нуля. Затем ток іу, а вместе с ним и продольный поток Фу начинают нарастать по экспоненциальному за кону с постоянной времени
Т |
Ц |
wy s |
(6.9) |
|
R - f R y |
l ( R + R y ) Ц , ш ч ' |
|
В момент a>t — п вследствие падения проницаемости поток Фу начинает уменьшаться, наводя в wy э. д. с., которая складывается с сигналом Uу, и ток іу достигает величины / т . После исчезновения потока Фу и до конца полупериода ток управления остается равным:
/ _ |
ky |
(6. 10) |
уR + R y
Кривая выходного напряжения, равного iyR, повторяет форму кривой тока управления / у. С помощью емкости С из него может быть выделена переменная составляющая.
132
Модулятор с поперечным полем не создает усиления по напряже нию, он только, модулирует напряжение постоянного тока. В самом деле, среднее значение тока / у определяется выражением (6.10) (вы брос тока во втором полупериоде компенсируется снижением тока в первом полупериоде), а сопротивления/^ и R y можно рассматривать как делитель напряжения. Поэтому
U |
|
^ ___ |
|
|
|
|
R + R ^ |
|
|
С ростом постоянной |
времени Т переменная составляющая в вы |
|||
“ых.ср |
|
• |
НВЬІХ ср, так |
|
ходном напряжении будет увеличиваться, стремясь к |
||||
как ток і у в первом полупериоде будет снижаться, а |
I m возрастать. |
|||
Основное преимущество модуляторов этого типа состоит в наибо лее высокой стабильности нуля по сравнению со всеми другими маг нитными модуляторами. Это объясняется тем, что никакие изменения поперечного потока Фв при отсутствии продольного потока Фу, т. е. управляющего сигнала, не могут наводить э. д. с. в обмотке доу, так как благодаря взаимно перпендикулярному расположению об
моток шу и wB потокосцепление обмотки wY с потоком обмотки |
ш„ |
всегда равно нулю. Поэтому такой модулятор можно выполнить |
на |
одном сердечнике с одной обмоткой переменного тока. |
|
Модуляторы с перпендикулярными полями могут модулировать сигналы постоянного напряжения, начиная с 10—20 мкв [1.51.
§6.4. ФЕРРОЗОНДЫ
Фе р р о з о н д а м и называют магнитные элементы автомати ки, служащие для измерения напряженности внешних магнитных полей. Феррозондовые устройства применяют для разведки полезных ископаемых, в навигационных системах, для изучения магнитного поля Земли и космического пространства и т. п.
По существу феррозонды являются магнитными модуляторами,
укоторых напряженность управления создается не обмоткой стоком,
аизмеряемым магнитным полем.
Наиболее распространен феррозонд, представляющий собой ана лог магнитного модулятора с выходом на удвоенной частоте. Он со стоит из двух тонких пермаллоевых стержней-сердечников (рис. 6.5, а), уложенных в каркасы параллельно друг другу. Поверх каркасов на мотаны обмотки, питающиеся переменным током и включенные ана логично рабочим обмоткам модуляторов. Их называют обмотками воз буждения. Оба стержня-сердечника охвачены выходной (вторичной) обмоткой, в которой и создается выходное напряжение.
Поскольку сердечники феррозондов являются разомкнутыми маг нитопроводами, рассмотрим метод построения кривых намагничива ния таких сердечников, используя понятие размагничивающего поля
(см. § 1.3).
Согласно этому методу, под действием внешнего поля на концах разомкнутого сердечника возникают магнитные полюсы (рис. 6.5, б),
133