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

Кривую напряженности описанного процесса можно постро­ ить по точкам. Кривые напряженности Н^, а значит и тока в рабочих обмотках, имеют прямоугольную форму (рис. 2.4, е). Такая форма объя­ сняется тем, что скачок напряженности Н^ должен «вернуть» рабо­ чую точку того или иного сердечника на вертикальный участок кри­ вой намагничивания, где только и может изменяться индукция, соз­ давая э. д. с. Переход от отрицательного полупериода напряженности к положительному в этих условиях с принятыми допущениями со-

Рис. 2.4. Процессы в магнитном усилителе при большом сопротивления цепи управления (Z-*-oо)

вершается мгновенно, так как в противном случае рабочие точки обоих сердечников в конце одного и начале другого полупериода одновремен­ но находились бы на горизонтальных участках кривых намагничива­ ния и э. д. с. не наводилась бы ни в первой, ни во второй рабочей обмотке. Напряжение U^, не уравновешенное э. д. с., заставляет ток скачком переходить от одного полупериода к другому.

Из рис. 2.4, б и в очевидно, что величина скачка напряженности /Я , характеризующаяся средним за полупериод значением напря­ женности переменного поля, определяется величиной напряженности

37

В этом режиме рабочие точки сердечников перемещаются лишь по горизонтальным участкам кривых намагничивания (рис. 2.5, г), э. д. с. не создается, и, несмотря на протекание по обмоткам wp тока Іт, воз­ никает эффект короткозамкнутых рабочих обмоток.

Таким образом, при идеальных кривых намагничивания сердечни­ ка характеристика вход — выход усилителя имеет вид, приведенный на рис. 2.5, <5, и ее линейный участок при равных масштабах по осям

и #_ идет под углом 45° к ним.

Рис. 2.6. Процессы в магнитном усилителе при отсут­ ствии тока управления

На рис. 2.4, ж построена зависимость во времени индукции потока, охватываемого обмоткой управления. Эта индукция

By = В і—ß 2.

Путем графического дифференцирования кривой В у можно по­ строить кривую э. д. с. еу (рис. 2.4, з), индуктируемой в обмотке управления. Из гармонического анализа известно, что кривая такой формы состоит из четных гармоник. Следовательно, встречное вклю­ чение рабочих обмоток не избавляет полностью обмотку управле­ ния от наведения в ней переменных э. д. с., так как вторая и другие четные гармоники э. д. с. остаются.

В изложенном случае протеканию по цепи управления четных гар­

39

под действием бесконечно малых э. д. с., близких к нулю. Такой ре­ жим работы называют р е ж и м о м е с т е с т в е н н о г о н а м а г ­ н и ч и в а н и я или режимом со свободными четными гармониками тока. В этом режиме

(2.6)

откуда dBxldt « dB2/dt. Значит индукции обоих сердечников изменяют­ ся по одинаковым кривым, отличаясь лишь постоянными составляю­ щими

Сначала проанализируем случай, когда ток управления равен нулю. Если напряжение сети равно предельному (2.2), то для его уравновеши­ вания за счет э. д. с. рабочих обмоток (рис. 2.6, б) индукция должна изменяться с амплитудой, равной Bs, что соответствует перемещению рабочих точек по вертикальному участку 1-2-3-2-1 (рис. 2.6, б) кривой намагничивания. Отсутствие тока управления означает равенство нулю постоянных составляющих индукции. Поэтому в соответствии с выражением (2.7) Вг = В 2, т. е. изменение индукции обоих сердеч­ ников описывается во времени одной и той же косинусоидальной кри­ вой. Чем ближе к идеальной кривая намагничивания, тем ближе к нулю напряженность, а значит и ток і^, необходимые для перемеще­ ния рабочих точек на ненасыщенном (вертикальном) участке кривой намагничивания.

При подаче постоянного тока в обмотку управления создается на­ пряженность постоянного поля, в сердечниках появляется постоянная составляющая В0 и кривые индукции «расходятся» на величину 2В0

(рис. 2.7, д).

Пока индукция первого (рис. 2.7, в) и второго (рис. 2.7, б) сердечни­ ков изменяется, оставаясь на вертикальном участке 1-2 кривой намаг­ ничивания, ток в рабочих обмотках близок к нулю и напряжение се­ ти целиком уравновешивается э. д. с., наводимыми в обеих рабочих обмотках. Когда индукция Вг достигает насыщения + B S и перестает изменяться, индукция В 2тоже перестает изменяться, э. д. с. не будет наводиться и напряжение схемы на участке 2-3 уравновешивается па­ дением напряжения на нагрузке (рис. 2.7, г). При этом ток, протека­ ющий по рабочим обмоткам, создает импульс напряженности Н„, стре­ мящийся «увести» индукцию В 2в зону насыщения. Однако малейшее изменение индукции В 2на участке 2-3 наводит ва>і,э.д. с., и по цепи управления протекает ток, который создает импульс напряженности Ну. Этот импульс имеет по правилу Ленца такое направление (рис. 2.7, б), которое препятствует перемещению индукции В 2 вверх из точки 2, 3, компенсируя действие напряженности Н При этом если во вто­ ром сердечнике напряженности Н„ и Н у вычитаются (показано сплош­ ными стрелками на рис. 2.7, а), то в первом сердечнике в этот же полупериод напряженности Н ^ и # у складываются, и в результате их суммарного действия рабочая точка первого сердечника перемещается по горизонтальному участку 2-3 (рис. 2.7, б).

40

сердечнике, в результате чего (как показывают пунктирные стрелки на рис. 2.7, а) компенсирующий импульс напряженности Н у, созда­ ваемый обмоткой управления, имеет направление в ту же сторону,

что и в предыдущем полупериоде.

Таким образом, в обмотке управления наряду с постоянной состав­ ляющей, которая обычно принимается за величину тока управления,

Рис. 2.7. Процессы в магнитном усилителе при малом сопротивлении цени управления (Zy->-0)

протекают переменные составляющие. Гармонический анализ кривой рис. 2.7, ж показывает, что эти составляющие представляют собой четные гармоники тока.

Из равенства заштрихованных площадок на рис. 2.7, б очевидно, что в этом режиме работы сохраняется

где под Н_ подразумевается напряженность, создаваемая постоянной составляющей тока управления / у, и, следовательно, закон магнитного усилителя (2.3) сохраняет свою силу.

При увеличении тока / у возрастают постоянные составляющие ин­ дукции В0 и кривые Ві и В 2 (рис. 2.7, д) расходятся больше. Участок

41

1-2 кривых сокращается, уменьшается часть полупериода, в которой напряжение сети уравновешивается э. д. с., и импульс тока в нагрузке возрастает. При некотором значении тока управления наступает ре­ жим короткого замыкания, когда в течение всего полупериода напря­ жение сети приложено к нагрузке. С момента короткого замыкания усилитель теряет управляемость, и ток нагрузки остается неизменным при возрастании / у. Характеристика вход — выход принимает вид, идентичный случаю Zy ->- оо, отличаясь лишь тем, что равенство (2.3) сохраняется вплоть до значений / у, соответствующих режиму корот­ кого замыкания. Реальные магнитные усилители работают, как пра­ вило, в режиме, близком к случаю Zy 0.

Согласно основному закону магнитного усилителя можно сделать вывод, что собранный по схеме рис. 2.7, а, магнитный усилитель яв­ ляется управляемым и весьма стабильным источником тока. В самом деле, из равенства (2.4) имеем

где коэффициент усиления по току ki равен отношению количества витков обмоток ffiiy и Дор. Из (2.8) видно, что ток в нагрузке определяет­ ся только током управления и не зависит от напряжения и частоты сети, сопротивления нагрузки и других подобных факторов при рабо­ те усилителя на линейном участке характеристики вход — выход.

Из рис. 2.7, а следует, что арифметическая сумма средних значений падения напряжения на нагрузке £/„, ср и падения напряжения на ра­

несправедливо.

§ 2.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОДНОВРЕМЕННОГО НАМАГНИЧИВАНИЯ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПЕРЕМЕННЫМ

ИПОСТОЯННЫМ МАГНИТНЫМИ полями

В§ 2.2 показано, что рабочие точки двух сердечников в один и тот же момент времени находятся на различных участках кривых намагни­ чивания, связывающих мгновенные значения индукции и напряжен­ ности. Когда один сердечник насыщен, другой может находиться в ненасыщенном состоянии, и наоборот.

Для расчета и анализа схем магнитных усилителей часто достаточ­ но знать не мгновенные, а лишь такие значения магнитных величин, как амплитуда переменной составляющей индукции и среднее (или действующее) значение напряженности переменного поля при том или Ином значении напряженности постоянного поля. Такие характери­ стики, называемые семейством кривых одновременного намагничивания

42