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

которые создают внутри сердечника размагничивающее поле Я р, направленное противоположно внешнему полю Н. Напряженность размагничивающего поля

Но

где jV — к о э ф ф и ц и е н т р а з м а г н и ч и в а н и я (размаг­ ничивающий фактор). Этот коэффициент зависит от формы и соотно­ шения размеров сердечника и, если форма сердечника отличается от эллипсоида вращения, может быть различным даже для разных точек

Рис. 6.5. Схемы феррозондов и кривая намагничивания разомкнутых сердечников

одного и того же сердечника. Поэтому для цилиндрических или пря­ моугольных сердечников пользуются усредненными значениями это­ го коэффициента, которые можно вычислить по формуле [1.13],

“ ('’ - І 'i)

где s — площадь поперечного сечения сердечника; I — длина сердеч­ ника: б и h — поперечные размеры сердечника; Іш— длина участка сердечника с размещенной на нем обмоткой; км с — коэффициенты, значения которых приведены в табл. 6.1.

134

Напряженность истинного поля Яивнутри разомкнутого сердечни­ ка равна разности напряженностей внешнего Я и размагничивающего

Я р полей:

Яи = Я — Яр.

Это означает, что точки кривой намагничивания с одинаковой

вой намагничивания материала можно графически построить кривую намагничивания разомкнутого сердечника.

Пусть средняя (см. § 1.3) кривая намагничивания разомкнутого сердечника феррозонда может быть аппроксимирована полиномом

Как и в обычных магнитных усилителях, обмотки переменного тока феррозонда соединены так, чтобы напряженность измеряемого по­ стоянного магнитного поля Я0 в один и тот же момент времени скла­

Подставляя в (6.11) разность и сумму Я0 и Я ^, получим:

В' = аН0— аН ^ + ЬН\ —ЗЬН% Я „ + 3ЬН0 H l — bHL ;

В" = аН0+ аН^ + ЬНІ + 3ЪЩ Я _ + 3ЬН0 H I + ЬНI.

Выходная обмотка охватывает оба сердечника, поэтому

В обмотках переменного тока протекает синусоидальный ток, создающий напряженность

Подставим Н„из (6.14) в (6.13):

ß Bbls = 2оЯ0 + 2ЬН*+6ЬН0 Нгтsin2 юг,

и, заменяя 2sin2 ю/= 1—cos 2оо/, получим

135

будет пропорциональна измеряемому магнитному полю Н0 и будет представлять собой э. д.с. удвоенной частоты по отношению к току об­

моток возбуждения.

При изменении направления поля Н0, как это следует из (6.16), выходная э. д. с. меняет фазу на 180°. Значит, феррозонд является реверсивным устройством. Более того, выходная э. д. с. пропорцио­

параллельной (рис. 6.5, а) осям сердечников. Это позволяет исполь­ зовать феррозонды для измерения направлений вектора напряженно­ сти магнитного поля. При измерениях чаще всего применяют компен­ сационный метод, при котором измеряемое поле компенсируется рав­ ным по величине и противоположным по направлению полем, создавае­ мым постоянным током /„ в обмотке wK, охватывающей оба сердечни­ ка. Изменяя величину /к, добиваются отсутствия э. д. с. частотой 2/ на зажимах выходной обмотки, что и свидетельствует о достигнутой компенсации. При этом величина тока /н пропорциональна измеря­ емому полю Н0.

На рис. 6.5, г представлена схема феррозонда на одном сердечни­ ке, в которой для развязки цепей возбуждения и выхода использо­ ваны взаимно перпендикулярные поля. Сердечник представляет собой отрезок ферромагнитной проволоки круглого сечения, по которой про­ текает ток возбуждения. Принцип работы феррозонда этого типа по существу совпадает с принципом работы магнитного модулятора с поперечным полем и заключается в том, что под действием поля воз­ буждения изменяется магнитная проницаемость сердечника, и при наличии поля Н0 продольная составляющая индукции начинает пуль­ сировать, наводя в Щвых э. д. с. удвоенной частоты.

Г л а в а VII

ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

§7.1. ТРЕХФАЗНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Вмощных системах автоматического регулирования целесообраз­ но применять трехфазные магнитные усилители, обеспечивающие равномерную нагрузку фаз питающей сети, а в случае нагрузки на выпрямленном токе — малую величину его пульсаций.

Трехфазные усилители используют в системах автоматизирован­ ного электропривода, автоматического регулирования режимов работы электропечей, установок электросварки, стабилизаторов напряже­ ния, автоматического управления станками, кранами и т. д.

Подобно трансформаторам трехфазные магнитные усилители мож­ но выполнять либо в виде групповой схемы, состоящей из трех одно­ фазных усилителей, либо в специальном трехфазном исполнении.

136

На рис. 7.1 приведены схемы трехфазных групповых усилителей, которые состоят из трех простейших двухсердечниковых усилителей, включенных между зажимами А, В и С фаз сети и нагрузкой. Схема рис. 7.1, а представляет собой усилитель без обратной связи с выхо­ дом переменного тока. Если к точкам а, Ь, с этой схемы подключить вместо трехфазной нагрузки схему рис. 7.1,6, то схема рис. 7.1, а превращается в схему усилителя с выходом постоянного тока. При­ чем схема рис. 7.1, б благодаря выпрямлению трехфазного тока име­ ет значительно меньшую пульсацию выходного напряжения, чем од­ нофазная мостовая схема.

Рис. 7.1. Групповые схемы трехфазных магнитных усилителен

Для повышения коэффициента усиления групповой усилитель можно выполнить из трех усилителей с самонасыщением ,(рис. 7.1, в). Такой усилитель легко превращается в усилитель с выходом посто­ янного тока (рис. 7.1. г) при соответствующем включении вентилей. При этом, как и в схеме рис. 7.1, б, выпрямленное напряжение обла­ дает малой амплитудой пульсации.

Во всех схемах рис. 7.1 обмотки управления трех усилителей сое­ динены последовательно и переменная э. д. с., наведенная в них, состоит только из шестой и кратных ей гармоник.

Конструктивно каждый однофазный усилитель, входящий в групповую трех­ фазную схему, можно выполнить по любому из вариантов рис. 2.2, а—г.

Расчет группового трехфазноіо усилителя сводится к расчету каждого одно­ фазного усилителя на фазовые ток и напряжение и может быть произведен по методу, изложенному в § 3.7.

Схема усилителя специального трехфазного исполнения значи­ тельно проще групповой схемы и состоит из трех П- или Ш-образных

137

сердечников, трех рабочих обмоток и одной обмотки управления, охватывающей три сердечника (рис. 7.2, а, б).

Рабочие обмотки могут быть соединены звездой (рис. 7.2, в) или треугольником (рис. 7.2, г). Соединение треугольником применяют реже, так как рабочие обмотки образуют в этом случае короткозамкну­

Если нагрузка симметрична, то в обмотке управления не наводится э. д. с. основной гармоники, потому что, как известно, сумма мгновен­ ных значений симметричной трехфазной системы напряжений равна нулю. Следовательно, равна нулю и сумма мгновенных значений магнитных потоков трех сердечников, к обмоткам которых приложена симметричная трехфазная система напряжений. Однако если нагруз-

Рис. 7.2. Конструкции (а, б) и схемы соединений (в, г)

т.рехфазных магнитных усилителей

ка нелинеина, то даже при симметричных напряжении сети и нагрузке в последней появляются токи и напряжения не только прямой, но и нулевой последовательности. Вывод о равенстве нулю суммы мгновен­ ных значений магнитных потоков справедлив только для потоков прямой последовательности, потоки же нулевой последовательности на­ гатят в обмотке управления переменные э. д. с. Рассмотрим подробнее физические процессы, происходящие в трехфазном усилителе.

На рис. 7.3, а показаны кривые, характеризующие процессы каж­ дой из трех фаз усилителя, собранного по схеме рис. 7.2, в. Нагрузка принята чисто активной. Предполагается, что Zу-н>-оо, т. е. имеет место режим вынужденного намагничивания. Обмотка управления создает постоянную во времени напряженность Я_у = const, которая определяет исходную точку 0 на кривой намагничивания, принятой для упрощения безгистерезисной.

Анализ процесса удобнее начать с отрицательного полупериода фазового напряжения. В начале полупериода под действием напряже­ ния и ток в обмотке дар увеличивается, растет напряженность Н ^, направленная навстречу напряженности Н у и рабочая точка переме­ щается по горизонтальному участку 0-1 кривой намагничивания.

133

На участке 1-2 рабочая точка опускается по кривой намагничивания при неизменном токе и напряженности рабочей обмотки, а напряже­ ние фазы уравновешивается суммой э. д. с. рабочей обмотки и падения напряжения, создаваемого неизменным током / = H yl/wp, на нагруз­ ке. На рис. 7.3, а заштрихована та часть кривой напряжения, кото­ рая уравновешивается э. д. с. рабочей обмотки. На участке 2-3 рабочая

создает падение напряжения от тока на нагрузке.

Рис. 7.3. Процессы в трехфазном магнитном усилителе

Таким образом, в положительный полупериод до точки 3 ток течет навстречу напряжению питающей сети. В этой точке сердечник насыщается, и ток, меняя направление, увеличивается скачком до значения, при котором напряжение сети уравновешивается падением на нагрузке. До конца положительного полупериода (точка 5) ток в рабочей цепи изменяется по синусоиде, а затем процесс повторяется. При изменении тока управления изменяются напряженность / / у

имомент скачка тока в нагрузке. Так происходит управление током

внагрузке.

Складывая сдвинутые на 120° кривые токов фаз А , В и С (рис. 7.3, б), получим кривую тока в нулевом проводе і0. Нетрудно заметить, что кривая тока состоит из третьей и кратных трем гармоник.

Найдем величину э. д. с., наводящейся в обмотке управления. Если принять сопротивление обмоток шр чисто индуктивным, то от каж­ дой рабочей обмотки в обмотке управления наводится э. д. с., равная

139

падению напряжения на рабочей обмотке, умноженной на коэффици­ ент трансформации:

суA —k(ÜA—КнІа )‘>

Сув = k(Uß — Ra ів)',

eyc = k(Uc— RHic),

где

&= Шу/Юр.

Полная э. д. с. в обмотке управления равна сумме мгновенных значений э. д. с. еуА, еуВ и еуС:

... . cy = k [(Uа + Uв + t/c)—R„ ( Іа + ів + ісЯ

Но сумма мгновенных значений напряжения питающей сети равна нулю, а сумма фазовых токов равна току нулевого провода, поэтому последнее равенство принимает вид

Су = —kR Jo.

Таким образом, кривая э. д. с. в обмотке управления повторяет

близка к нулю, а значит будет близок к нулю и ток в нулевом проводе. При этом по цепи управления будут протекать третьи гармоники тока.

Если же нулевого провода нет, то в режиме Zy-> о о между нулями сети и нагрузки возникает разность напряжений третьей и высших гармоник, а в режиме Zy -> 0 такой разности напряжений возникать не будет.

Заметим, что рис. 7.3 соответствует относительно небольшим то­ кам управления. При больших значениях тока управления процессы усложняются [1.3].

§ 7.2. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Магнитные усилители, применяемые в системах автоматического регулирования и управления для обработки информации в аналого­ вой форме, называют о п е р а ц и о н н ы м и . Для этого класса усилителей особенно ценными являются стабильность нуля и стабиль­ ность коэффициента усиления.

Как известно, магнитные усилители отличаются от электронных главным образом тем, что электронный усилитель управляется напря­ жением, подаваемым на сетку лампы, а магнитный усилитель — током, подаваемым в обмотку управления и создающим напряженность маг­ нитного поля. Поэтому при проектировании устройств с магнитными усилителями должна быть предусмотрена пропорциональность между переменными, заданными в виде напряжений, и токами, осуществляю­ щими управление. Эту пропорциональность можно обеспечить путем включения последовательно с обмотками управления достаточно

140