ВВЕДЕНИЕ

Данная работа посвящена изучению магнитного усилителя и его применению.

Магнитный усилитель - это статическое аппарат, предназначенный для управления величиной переменного тока посредством слабого постоянного тока. Применяется в схемах автоматического регулирования электродвигателей переменного тока.

Цель работы заключатся в изучении магнитного усилителя и расчете одного из разновидностей.

МАГНИТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Принцип работы магнитного усилителя

Это усилитель электрических сигналов, основанный на использовании присущей ферромагнитным материалам нелинейной зависимости магнитной индукции от напряжённости магнитного поля. Розенблат М. А. Магнитные усилители: Учебник для вузов. - 3-е изд.- М.: Советское радио,

1960.С.2-6. Статический аппарат, предназначенный для управления величиной переменного тока посредством слабого постоянного тока. Управляемыми элементами в магнитном усилителе являются индуктивности катушки с ферромагнитными сердечниками, в которых действуют 2 переменных магнитных поля; одно изменяется с частотой источника питания, другое -- с частотой усиливаемого сигнала.

Схема простейшего магнитного усилителя

Рисунок1 - Схема простейшего магнитного усилителя:

U -- переменное напряжение; Rн -- сопротивление нагрузки; W1 -- первичные обмотки; W2 -- вторичные обмотки; МС -- магнитные сердечники; = U -- постоянное напряжение; i1 -- ток в первичной обмотке; i2 -- ток во вторичной обмотке (усиливаемый сигнал).

Работа магнитного усилителя основана на нелинейности характеристики намагничивания магнитопровода. На крайних стержнях магнитного усилителя находится рабочая обмотка , которая состоит из двух катушек, соединённых последовательно. На среднем стержне размещается обмотка управления из большого количества витков W=. Если ток в неё не подаётся, а к рабочей обмотке, соединённой последовательно с нагрузкой, подведено переменное напряжение U~, то из за малого количества витков W~ магнитопровод не насыщается, и почти всё напряжение падает на реактивном сопротивлении рабочих обмоток Z~. На нагрузке в этом случае выделяется малая мощность.

Классификация и принцип действия магнитных усилителей

Магнитным усилителем называется усилитель электрических сигналов, действие которого основано на использовании нелинейности характеристик ферромагнитных материалов Теоретические основы электротехники (ТОЭ) КГЭУ: электронный, путеводитель. 2011. URL:http://toe-kgeu.ru/ . Магнитные усилители применяются в разнообразных устройствах: от точных измерительных приборов до схем автоматического управления крупными производственными агрегатами (прокатными станами, экскаваторами и т.п.). Широкое применение магнитных усилителей определяется рядом их достоинств:

- большим сроком службы, высокой надежностью, простотой эксплуатации;

- широким диапазоном усиливаемых мощностей: от 10-13... 10-6 Вт до несколько десятков и даже сотен кВт; постоянной готовностью к работе;

- возможностью суммировать на входе несколько управляющих сигналов;

- значительной перегрузочной способностью; пожаро- и взрывобезопасностью;

- стабильностью характеристик в процессе эксплуатации. Магнитные усилители различают по следующим признакам: виду статической характеристики - однотактные (нереверсивные) и двухтактные (реверсивные);

- способу осуществления обратной связи (ОС) - без ОС и с ОС (внешней, внутренней, смешанной);

- форме кривой выходного напряжения - с выходом на несущей или удвоенной частоте, на постоянном или выпрямляемом токе и т.д.;

- способу включения нагрузки - с последовательным и параллельным включением нагрузки и рабочих обмоток;

- числу и конструкции сердечников в однотактной схеме - с одним двухстержневым или тороидным сердечником, с двумя сердечниками, трехстержневым и четырехстержневым сердечниками;

- способу осуществления смещения - постоянным или переменным током и шунтированием выпрямителей ОС;

- режиму работы - линейные (или пропорциональные) и релейные.

Простейшие магнитные усилители без ОС выполняются в виде двух одинаковых трансформаторов. Рабочие обмотки этих трансформаторов с числом витков wр включаются последовательно с источником питания переменного напряжения U (Рисунок 1). Управляющие обмотки с числом витков wy включаются встречно относительно рабочих обмоток для устранения трансформаторной связи между цепями, образуемыми управляющими и рабочими обмотками. Усиливаемый сигнал постоянного тока Iу поступает в управляющие обмотки wy трансформаторов и вследствие нелинейного характера кривой намагничивания сердечников вызывает уменьшение их магнитной проницаемости и пропорциональное уменьшение индуктивности L1 рабочих обмоток.

Устройство, имеющее схему, приведенную на (Рисунок 1), часто называют дросселем насыщения или управляемым дросселем, так как, изменяя степень магнитного насыщения его сердечников путем подмагничивания их постоянным током, можно в широких пределах изменять индуктивность рабочих обмоток. Нагрузка RH, показанная на рисунке пунктиром, включается в цепи переменного тока параллельно или чаще последовательно с управляемой индуктивностью.

Токи I1 и I2, протекающие соответственно в рабочей и управляющей обмотках трансформаторов, создают магнитные поля, которые в течение одного полупериода переменного тока в одном из сердечников имеют одинаковые, а в другом - противоположные направления. В результате первый сердечник насыщается, а второй остается ненасыщенным. Для ненасыщенного сердечника справедливо уравнение обычного трансформатора:

(1)

где I? - намагничивающий ток трансформаторов.

При отсутствии сигнала на входе усилителя I2 = 0 и I1 = I?. В этом режиме среднее значение тока нагрузки имеет минимально возможное значение, равное току холостого хода трансформатора Iхх.

При наличии существенного сигнала Iу на входе усилителя обычно можно пренебречь слагающей I??р в правой части уравнения ампер витков по сравнению с I2wу. Тогда, интегрируя в пределах полупериода, в течение которого рассматриваемый сердечник ненасыщен, получим:

(2)

т.е. ток нагрузки в схеме на (Рисунок 1) определяется лишь током управления и конструктивными параметрами усилителя и не зависит от нагрузки.

Коэффициенты усиления по току k1 и мощности kР для простейшего магнитного усилителя определяют по формулам:

(3)

где Ry - активное сопротивление управляющий обмотки.

Существенным недостатком таких магнитных усилителей является их относительно высокая инерционность, которую обычно характеризуют постоянной времени ? цепи управления: ? = kp/4?f, где ? -КПД цепи нагрузки; f- частота источника питания. Для уменьшения инерционности магнитных усилителей применяют переменный ток повышенной частоты (400... 10 000 Гц и выше).

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   Скачать   След >