Файл: Миловзоров, В. П. Электромагнитные устройства автоматики учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 106
Скачиваний: 0
лом сопротивлении управляющей цепи средние значения напряжений связаны зависимостью (2.9):
^р.ср ^Лт.ср ~ ^c.cp’
Проведя преобразования, аналогичные преобразованиям в слу чае эллипса, получим вместо уравнения эллипса уравнение н а г р у
з о ч н о й п р я м о й |
|
|
|
|
|
в |
|
Н |
|
|
|
В „т |
н |
_~ср |
1, |
(2.24) |
|
^нз*ср |
|||||
|
|
||||
которое тоже можно использовать для построения |
характеристики |
вход — выход. На рис. 2.10, г пунктиром нанесена эта прямая, соответ ствующая магнитному усилителю с идеальной кривой намагничива ния, а в четвертом квадранте по ней построена характеристика //_ ср = / (Яу) (отмеченная тоже пунктиром).
Строго говоря, ни эллипс, ни прямая не соответствуют действитель ному геометрическому месту рабочих точек на семействе кривых намаг ничивания. Однако из построений видно, что чем круче вертикальные участки семейства кривых намагничивания, тем ближе друг к другу расположатся характеристики Я ^ ср = / (Яу) «линейного«» и «идеаль ного» усилителей и тем точнее совпадает расчетная характеристика с экспериментальной. В реальных же условиях рабочие точки схемы рас
полагаются между эллипсом и |
прямой (отмечено крестиками |
на |
рис. 2.10, г). Поэтому расчет |
по эллипсу дает завышенные, а |
по |
прямой —заниженные значения тока в нагрузке при одинаковом зна чении Я у.
Отметим, что в схеме с выходом постоянного тока (рис. 2.10, б), напряжен
ность |
Нкз следует определять с учетом падения |
напряжения |
на выпрямителе, |
|||
рассматривая |
диод, как сочетание противо-э. |
д. |
с. диода Ед и динамического |
|||
сопротивления |
гд: |
|
|
|
|
|
|
|
Цс — 1,11 • 2пЕд |
|
шр |
(2.25) |
|
|
|
Нкз.ср |
2п г д) |
I |
||
|
|
1, П (Ян "1" 2Я Р + |
|
|||
где |
п — число последовательно включенных |
диодов |
в одном |
плече выпрями |
||
|
тельного моста; |
|
|
|
|
|
Яр — активное сопротивление одной рабочей обмотки. |
|
|||||
С помощью нагрузочной прямой или эллипса удобно выяснять вли |
||||||
яние |
различных факторов на характеристику вход — выход усилите |
|||||
ля. Например, при повышении напряжения схемы с Ягдо U2(рис. 2.11, |
||||||
а) пропорционально возрастают вертикальная |
полуось эллипса В с, |
|||||
соответствующая уравнению (2.21), и горизонтальная |
Якз, соответ |
ствующая уравнению (2.22). Точки 1, определяющие ток холостого хода, показывают, что повышение питающего напряжения, при кото ром эллипс поднимается выше «колена» кривой намагничивания, мо жет привести к резкому повышению тока холостого хода. В результате
к р а т н о с т ь р е г у л и р о в а н и я |
тока в |
нагрузке |
||
h |
— / |
// |
a x ' 1 XX |
(2.26) |
Щ ф |
|
' m |
48
снизится, а при еще больших напряжениях питания схема практиче ски потеряет управляемость. Максимальный ток нагрузки /тах рас тет пропорционально ІІС.
В этом и следующих случаях остальные параметры считаются не изменными.
Рис. 2.11, Влияние различных факторов на харак теристику вход — выход
Подобным образом путем анализа «деформации» полуосей эллипса на рис. 2.11, б показано, что увеличение частоты питания с /j до /а почти не сказывается на характеристике усилителя; почти не влияет на характеристику и увеличение сечения сердечников s.
Чрезмерный рост сопротивления нагрузки R Hили увеличение длины средней магнитной линии сердечников I (рис. 2.11, в) приводит к сни жению кратности регулирования.
Более сложное действие оказывает уменьшение числа витков рабо чих обмоток, например с до w2, приводящее к значительному сниже нию управляемости (рис. 2.11, г).
§ 2.5. РАБОТА МАГНИТНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ |
1 |
|
|
НА СМЕШАННУЮ НАГРУЗКУ |
|
|
|
Изложенный в § 2.4 метод построения характеристики /„ |
= |
/ (7У) |
|
можно применить и в том случае, когда |
в схеме рис. 2.10, |
а вместо |
|
R n включена смешанная нагрузка R n ± |
jX п. Рассмотрим работу |
«ли |
нейного» магнитного усилителя.
В зависимости от характера нагрузки (индуктивная или емкост ная) векторная диаграмма рабочей цепи примет вид соответственно
рис. 2.12, а или б, а уравнение (2.15) будет следующее: |
|
(Up ± U uf + ( U R ny = U l |
(2.27) |
Рис. 2.І2. Построение характеристики вход — выход магнит ного усилителя со смешанной нагрузкой
Здесь знак «плюс» соответствует индуктивной, а знак «минус» — емкостной составляющей падения напряжения ІІ„ на нагрузке.
Сделав подстановки, аналогичные приведенным в § 2.4, получим
± В/ѵпт 2 |
+ |
(2.28) |
В отличие от предыдущего при расчете усилителя с выходом пере менного тока, целесообразнее использовать кривые намагничивания, полученные для действующих значений напряженности переменного
50
поля, так как в подобных схемах важно именно действующее значение тока нагрузки. В этом случае полуоси эллипса
ис Ю4 |
и Я„ |
Uc Wp |
(2.29) |
|
2 • 1,11 • 4шр fs |
Rn I |
|||
|
|
В дополнение к эллипсу строят прямую Оа, учитывающую реактив ные падения напряжения на нагрузке UH= Я, Х„, под углом
|
а = |
В |
»уңт |
тц |
, |
I ■10’ |
|
arctg |
---- = |
arctg---------------- |
|||
|
|
|
н/•ч/ |
тв |
|
2 ■4 , (s |
где |
в cw; |
I в см\ |
s в см2; т и |
и тв |
масштабы по осям соответ |
|
ственно в а/смг и тл/см. |
|
|
|
Вычитая из ординат эллипса ординаты прямой Оа, получают зави |
|
симость ß _ m = f (ЯД для индуктивной нагрузки, а складывая их — |
|
для емкостной нагрузки. Эти зависимости показаны |
на рис. 2.12, s |
пунктиром. Точки пересечения пунктирной кривой с |
кривыми намаг |
ничивания определяют зависимость |
Я_ = f (Я_), |
которая может |
быть пересчитана в характеристику |
вход — выход |
= / (/у). На |
рис. 2.12, в приведены построения для индуктивной и |
емкостной на |
|
грузок. |
|
|
Г л а в а 111
МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ С ВНЕШНЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ И С САМОНАСЫЩЕНИЕМ
§ 3.1. СПОСОБЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
Высокая стабильность характеристики /~ = / (/у) магнитных уси лителей, отмеченная в § 2.2, позволяет вводить положительную обрат ную связь, не нарушая устойчивой работы усилителя, в отличие от электронных усилителей, не имеющих такой стабильности. Положи тельная обратная связь (ПОС) способствует значительному повышению коэффициента усиления усилителя.
Принцип работы усилителя с ПОС можно пояснить следующим об разом. Значение тока управления, необходимое для получения тока в нагрузке, определяется импульсом напряженности Я у (см. рис. 2.7, б), которая должна компенсировать действие напряженности Я^ в том сердечнике, где в рассматриваемый полупериод эти напряженности вычитаются.
Такую компенсацию Я_ можно осуществить и с помощью выход ного тока Д,, если его выпрямить и ввести в специальную обмотку обратной связи (ОС) w00 (рис. 3.1, а).
Допустим, что число витков woc лишь на немного меньше числа вит ков wp и, следовательно, один и тот же ток, протекая по обмоткам woc и Дор, создает напряженность Я0С1 почти равную напряженности /Д .
51
Определяя по правилу буравчика направление напряженностей Ну и Яос (на рис. 3.1 они обозначены стрелками), можно убедиться, что эти направления совпадают. Из рис. 3.1, б видно, что величи на напряженности Ну при наличии ПОС составит лишь небольшую
часть общей напряженности |
постоянного поля, равной # у + # ос. |
Таким образом, выходная |
величина І~, создавая напряженность |
Нос, как бы подается обратно на вход усилителя, действуя совместно с входной величиной / у. Осуществленную по схеме рис. 3.1, а обрат ную связь со специальной, внешней обмоткой обратной связи называют в н е ш н е й о б р а т н о й с в я з ь ю .
Рис. 3.1. Схемы усилителей, иллюстрирующие способы осуще ствления обратной связи
Тот же эффект получения постоянной составляющей напряженности Нос с помощью выходного тока можно получить в схеме рис. 3.1, в, где этот ток за счет диодов протекает в положительный полупериод по рабочей обмотке одного, а в отрицательный полупериод — по обмотке другого сердечника. Определяя по правилу буравчика направ ления напряженностей, создаваемые рабочими обмотками, можно уста новить, что эти обмотки поочередно создают напряженность, направ ленную в одну и ту же сторону относительно обмотки управления.
Следовательно, без внешней обмотки обратной |
связи |
(внутренним |
|
образом) возникает |
постоянная составляющая напряженности Н . |
||
Такие магнитные усилители называют усилителями с |
в н у т р е н |
||
н е й о б р а т н о й |
с в я з ь ю . В литературе |
их часто называют |
|
у с и л и т е л я м и |
с с а м о н а с ы щ е н и е м |
или |
с самоподмаг- |
ничиванием. |
|
|
|
Так как напряжение, приложенное к рабочим обмоткам, в схеме рис. 3.1, в уравновешивается лишь одной из них (в зависимости от полупериода), число витков каждой рабочей обмотки в схеме рис. 3.1, в делают в два раза больше, чем в схеме рис. 3.1, а, где напряжение в
любом полупериоде уравновешивается двумя последовательно соеди ненными обмотками Wp.
Количественно обратная связь характеризуется к о э ф ф и ц и е н т о м о б р а т н о й с в я з и — отношением постоянной состав ляющей напряженности обратной связи к среднему значению напря женности переменного поля:
(3.1)
Нетрудно заметить, что в схеме с внешней обратной связью вели чину k oc легко регулировать, меняя число витков в обмотке woc. В схеме же усилителя с самонасыщением такой возможности нет, и ес ли диоды близки к идеальным, то среднее значение и постоянная со ставляющая напряженности рабочей обмотки одинаковы, и, следова тельно, k oc г® 1.
Еще один способ создания внешней обратной связи (рис. 3.1, г) за ключается в однополупериодном выпрямлении диодом Д четных гар моник э. д. с., которые наводятся в обмотке woC, охватывающей (подоб но обмотке управления) оба сердечника. Постоянная составляющая
напряженности, создаваемой током, который |
протекает |
по |
woc под |
|||
действием этих э. д. с., |
является |
напряженностью обратной |
связи. |
|||
Обязательным |
условием |
получения эффекта |
обратной |
связи этим |
||
способом, называемым с в я з ь ю |
п о ч е т н ы м г а р м о н и к а м , |
|||||
является режим вынужденного намагничивания (см. § 2.2). |
|
|||||
Внешнюю |
обратную |
связь рис. 3.1, а называют о б р а т н о й |
||||
с в я з ь ю по |
ток у , так как она создается всем выпрямленным то |
|||||
ком нагрузки. |
Если выпрямитель В подключить параллельно нагрузке |
Ra, то в обмотку управления будет поступать ток, пропорциональный падению напряжения на нагрузке. Такую обратную связь называют
о б р а т н о й с в я з ь ю по |
н а п р я ж е н и ю . В |
этом случае |
ток I ос может быть значительно |
меньше тока нагрузки, |
но при соот |
ветствующем увеличении числа витков w00 эффект будет прежним.
§ 3.2. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ С ВНЕШНЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
Если учесть, что в схеме рис. 3.1, а постоянная составляющая тока обратной связи равна среднему значению тока рабочих обмоток, т. е. /_ос=^-ср (фактически /_ ос немного меньше / ^ Ср из-за неидеальнос ти выпрямителя), то
/ |
Woo |
(3.2) |
J~CpWp |
®Р |
|
Если напряженность обратной связи действует согласно с напря женностью управления, обратная связь будет п о л о ж и т е л ь н о й , если встречно — о т р и ц а т е л ь н о й .
Влияние обратной связи на коэффициенты усиления удобно объя
снить аналитически.
Основной закон магнитного усилителя (2.4) при наличии обратной связи записывают в виде
Лх/ Ср^р ^ I увУу І ОС^ОС: (3.3)