ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 155
Скачиваний: 0
установок. В схеме гребной электрической установки атомного ле докола «Ленин», дизель-электрохода «Амгуэма» в качестве возбу дителей главных генераторов и гребных двигателей использованы ЭМУ с продольным полем.
§ 13. Магнитные усилители
Магнитный усилитель представляет собой статический элек тромагнитный аппарат, работа которого основана на использова нии нелинейности характеристики намагничивания ферромагнитно го материала.
Простейшим магнитным усилителем может служить управляе мый дроссель, или дроссель насыщения (рис. 40). Такой усилитель состоит из ферромагнитного магнитопровода, на котором размеще ны две обмотки: обмотка управления, имеющая wy витков, и рабо чая обмотка с числом витков о>р- К обмотке управления подводится сигнал управления в форме постоянного тока. Рабочая обмотка включается последовательно с нагрузкой zHв цепь источника пере менного тока, за счет энергии которого и происходит усиление сиг
нала управления. Усиленный выходной сигнал |
выделяется на на |
||||||
грузке. |
|
t/_ |
источника переменного тока |
||||
|
При неизменном напряжении |
||||||
действующее значение тока в нагрузке |
называемого рабочим |
||||||
током, |
равно |
ц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
уЧ/"р + Гн)2 4- (wLp + “7н)2 |
|
^ |
|||
где |
г„ |
и соLa — соответственно активное |
и индуктивное сопротивле |
||||
|
|
ния нагрузки; |
|
|
|
|
|
|
гр и ш/.р — соответственно активное и индуктивное сопротивления |
||||||
|
|
рабочей обмотки. |
|
|
|
|
|
|
Величина индуктивности рабочей обмотки |
|
|
||||
|
|
Z.p = |
® 2;x-f, |
|
(17) |
||
где |
wp — число витков рабочей обмотки; |
|
|
|
|||
|
Р — абсолютная магнитная |
проницаемость материала ферромаг |
|||||
|
|
|
нитного магнитопровода; |
||||
|
|
|
|
I — длина средней линии ма |
|||
|
|
|
гнитопровода; |
|
|
||
|
|
|
|
S — сечение сердечника. |
|||
|
|
|
|
Как |
видно |
из |
соотношения |
|
|
|
(17), индуктивность рабочей об |
||||
|
|
|
мотки Lp зависит от величины аб-~ |
||||
|
|
|
солютной магнитной проницаемо |
||||
Рис. 40. Простейший магнитный уси |
сти |
ц, |
которая, |
в |
свою очередь, |
||
литель |
|
зависит от степени |
намагничен |
||||
70
ности материала сердечника, опре деляемой величиной магнитодвижу щей силы (м. д. с.)/7, равной
F = Fp + Fy = £„ Wp-jr/y Wy,
где Fp = /„ Wp — м. д. с. рабочей обмот ки;
Fy = lyWy — м. д. с. обмотки управ ления.
В самом |
деле, |
благодаря |
кривой |
Рис. |
41. |
Зависимости B = f ( H ) |
|
и |
|
для ферромагнит |
|||||
намагничивания ферромагнитного |
мате |
ного материала |
|||||
риала В = / |
(Я) и |
соотношению В — |
|
;х = / (Я) (рис. 41). Но |
|||
— U.H легко |
можно построить |
зависимость |
|||||
согласно закону полного тока |
для |
магнитной цепи |
|||||
|
|
F = / н гер+ / у |
= Я /, |
|
|
||
откуда видно, что jx |
является функцией F и зависимость jx = f ( F ) |
||||||
есть та же зависимость ;х = /( Я ), |
построенная |
в другом масштабе. |
|||||
Зависимость fx = |
/ ( F ) приводит к выводу, |
что индуктивность |
|||||
рабочей обмотки Lp определяется величиной м. д. с. F.
При изменении величины тока управления / у изменяется величина м. д. с. F, что в свою очередь приводит к изменению индуктивно
сти рабочей обмотки Lp и действующего значения тока |
в цепи на |
грузки. |
|
Чтобы сделать управляемый дроссель более чувствительным к |
|
изменениям тока /у, обмотку управления выполняют с |
большим |
числом витков. Тогда небольшим по величине током /у> |
измеряе |
мым, к примеру, долями ампера, можно воздействовать |
на ток в |
Цепи нагрузки, измеряемый десятками и сотнями ампер. |
|
При изменении направления тока в обмотке управления процес сы, происходящие в магнитном усилителе, ничем не отличаются от рассмотренных.
Схема простейшего магнитного усилителя работает неэффектив но, так как переменный магнитный поток рабочей обмотки индук тирует переменную э. д. с. в обмотке управления, что нарушает ра боту усилителя.
Этот недостаток устраняется в магнитном усилителе^ состоя щем из двух совершенно одинако вых управляемых дросселей, об мотки которых соединены так, как показано на рис. 42. Вслед ствие встречного включения об моток управления основная и все нечетные гармоники э. д. с., ин дуктированных переменных маг нитным потоком, взаимно ком пенсируются. Действие четных
Рис. 43. Магнитный усилитель |
Рис. 44. |
Характеристики магнитного |
с трехстержневым сердечником |
||
|
усилителя |
/ н = /( /у ) : |
|
а — симметричная; б — несимметричная |
|
|
(при наличии обмотки смещения) |
|
|
гармоник, которые в данном случае складываются, ослабляется |
|||||
|
дросселем, включенным в цепь управления. |
|
|
|
|
|
|
Магнитный усилитель может быть собран на одном трехстерж |
|||||
|
невом магнитопроводе (рис. 43). Магнитные потоки, создаваемые |
|||||
|
рабочими обмотками, в среднем сечении действуют встречно, и пе |
|||||
|
ременные э. д. с. в обмотке управления не индуктируются. |
|||||
|
Рабочие обмотки wv могут соединяться |
не только |
последова |
|||
|
тельно, но и параллельно. В последнем случае индуктивное сопро |
|||||
|
тивление рабочих обмоток уменьшится в 4 раза. Это дает возмож |
|||||
|
ность регулировать ток нагрузки в еще более широких |
пределах- |
||||
|
Основной характеристикой магнитного усилителя является за |
|||||
|
висимость действующего значения тока нагрузки /н |
от |
величины |
|||
|
тока управления / у при постоянной величине |
приложенного к ра |
||||
|
бочей цепи напряжения (рис. 44). |
|
|
|
|
|
|
Для магнитных усилителей (см. рис. 42, 43) зависимость / „ = / (/у) |
|||||
|
симметрична относительно оси /„, так как действие |
схемы не зави |
||||
|
сит от направления тока управления (рис. |
44, а). |
Для |
устранения |
||
|
этого недостатка применяют обмотку смещения дасм. которая накла |
|||||
|
дывается на сердечники вместе с обмоткой |
управления |
и питается |
|||
|
от источника постоянного тока. Ток смещения |
/ см позволяет переме |
||||
|
щать участок acb характеристики / н = /(/у ) |
(рис. |
44,6). Изменяя |
|||
|
ток управления в пределах / у1 — / у2, можно получить различные зна |
|||||
* |
чения тока нагрузки в диапазоне /„i — / Н2- |
|
|
|
еще два су |
|
В рассмотренных магнитных усилителях имеются |
||||||
|
щественных недостатка: |
|
|
|
|
|
|
полярность напряжения на нагрузке не зависит от направления |
|||||
тока в управляющей обмотке; напряжение на нагрузке не может быть уменьшено до нуля да
же при отсутствии тока в обмотке управления.
Эти недостатки устраняются в дифференциальном магнитном уси лителе, схема которого приведена на рис. 45. Дифференциальный магнитный усилитель состоит из двух магнитных усилителей, выпол ненных на трехстержневых сердечниках. На среднем стержне каждого усилителя, кроме обмотки управления wy, имеется еще обмотка сме
72
щения wCM. Обмотки управления wyl и wy2 обоих усилителей соеди няются последовательно, но встречно, так что их магнитные потоки Фyi и Фу2 направлены в разные стороны. Обмотки смещения и wai2 соединяются последовательно, но согласно, т. е. создают маг нитные потоки ФСМ1 и Фсм2 одинакового направления. Нагрузка z„ включена между средней точкой А на вторичной обмотке трансфор матора и общей точкой В рабочих обмоток усилителей. При таком включении нагрузки через нее одновременно протекают рабочие то ки / j и / 2 обоих усилителей, имеющие противоположное направление.
Зависимости А = / ( / у) и / 2= / ( / у) каждого из магнитных уси лителей при наличии токов в обмотках смещения представлены на рис. 46. При отсутствии тока управления рабочие токи равны по ве личине, так как условия работы обоих усилителей абсолютно одина
ковы, но противоположны по направлению. Их разность в нагрузке равна нулю, т. е.
/ н = Л — / 2 = 0.
Поэтому и напряжение на нагрузке равно нулю.
При наличии в обмотках управления тока управления / у такой полярности, которая указана на рисунке (см. рис. 45), величина ра бочего тока /] первого усилителя будет больше величины рабочего тока второго усилителя / 2, и через нагрузку потечет ток /„ = /!—/ 2, направленный в сторону большего тока 1Х. При изменении направле ния тока / у ток в нагрузке будет направлен в сторону большего то
ка / 2. Зависимость /„ = / ( / у) для такого усилителя построена на рисунке (см. рис. 46).
Таким образом, в дифференциальном магнитном усилителе на пряжение на нагрузке при отсутствии тока управления равно нулю, а при наличии тока управления — зависит от его величины и на правления.
Рис. 46. |
Характеристика |
/ H= f ( / y) |
дифференци |
Рис. 45. Схема дифференциального магнит |
ального магнитного уси |
|
лителя |
||
ного усилителя |
||
|
73
Крутизна кривой зависимости /H= f (h) характеризуется ко эффициентом усиления по току:
(18)
Коэффициент ki непостоянен и зависит от величины тока управле ния / у. Однако в рабочем диапазоне изменений тока / у его можно считать неизменным.
Активная мощность Ра — расходуемая в нагрузке, тем боль ше, чем больше ток управления / у. При этом в цепи управления
мощность Ру = /у гу может быть значительно (в сотни раз) меньше мощности Рн. Отношение
(19)
называется коэффициентом усиления магнитного усилителя по мощ ности. Коэффициент усиления по мощности является основной ха рактеристикой магнитного усилителя. Чем больше этот коэффи циент, тем большей мощностью переменного тока можно управлять при одинаковой мощности сигнала, подведенного к обмотке управ ления.
Другой важной характеристикой магнитного усилителя являет ся его инерционность, определяемая постоянной времени т усилите ля, которая равна отношению индуктивности обмоток усилителя к активному сопротивлению обмоток:
L
(20)
Оптимальным вариантом является магнитный усилитель с большим коэффициентом усиления и малой инерционностью, т. е. с малой постоянной времени т.
Увеличение коэффициента усиления магнитных усилителей мо жет быть достигнуто различными путями: применением для сердеч ников специальных магнитных сплавов, обладающих высокой маг нитной проницаемостью (пермаллой и суперпермаллой); примене нием питающего напряжения высокой частоты; применением мно гокаскадного усиления; применением положительной обратной
связи.
Однако применение для материала сердечников специальных сплавов, а также построение многокаскадных схем магнитных усилителей увеличивают их инерционность. Применение же питаю щего напряжения высокой частоты и особенно применение положи тельной обратной связи позволяют одновременно уменьшить инер
ционность магнитного усилителя.
Схема магнитного усилителя с внешней положительной обратной связью по току представлена на рис. 47, а. Обмотки обратной связи zoocl и woc2 включаются последовательно с рабочими обмотками ге>р1 и wP2 через схему двухполупериодного выпрямления В. При изме нении тока управ тения происходит изменение тока нагрузки, а сле-
74