Магнитные усилители с самонасыщением

магнитный усилитель переменный ток

Лучшими динамическими характеристиками, т. е. меньшей инерционностью при данном kР, обладают магнитные усилители с самонасыщением. Простейшая схема магнитного усилителя с самонасыщением, на базе которой строятся более сложные схемы, дана на Рис. 2.

Схема однотактного усилителя с самонасыщением

Рисунок 2 - Схема однотактного усилителя с самонасыщением

Идеализированная петля гистерезиса ферромагнитного сердечника магнитного усилителя представлена на (Рисунок 3). Наличие выпрямителя В (см. Рисунок 2) в цепи рабочей обмотки (обмотка wр усилителя, последовательно с которой включена нагрузка RH) приводит к тому, что напряжение питания U приложено к этой обмотке и нагрузке лишь в течение проводящего для выпрямителя полупериода, называемого рабочим.

Зависимость индукции В от напряженности магнитного поля Н ферромагнитного сердечника магнитного усилителя

Рисунок 3 - Зависимость индукции В от напряженности магнитного поля Н ферромагнитного сердечника магнитного усилителя

Диаграмма изменения индукции В в сердечнике магнитного усилителя с самонасыщением, тока нагрузка IН и управляющего тока IУ во времени t

Рисунок 4 - Диаграмма изменения индукции В в сердечнике магнитного усилителя с самонасыщением, тока нагрузка IН и управляющего тока IУ во времени t

В соответствии с законом электромагнитной индукции изменение индукции в рабочем сердечнике усилителя в этот полупериод происходит только под действием напряжения питания U:

(4)

где S - поперечное сечение сердечника.

В следующий полупериод изменение индукции в сердечнике происходит только под действием управляющего напряжения Uy, приложенного к обмотке управления wy. Этот полупериод называется управляющим.

Для того чтобы воспрепятствовать трансформации напряжения из рабочей цепи в цепь управления, в последнюю включают либо дроссель Др, либо вентиль.

Изменение индукции в рабочем и управляющем полупериодах происходит во взаимообратных направлениях. Обычно напряжение питания магнитных усилителей U выбирают таким, чтобы за время T/2, равное полупериоду питающего напряжения, оно было бы способно изменить индукцию в сердечнике на величину ?В = 2BS, от точки -Bs до Bs, где Bs - индукция насыщения материала сердечника. Это изменение пропорционально входному сигналу. Если к началу рабочего полупериода исходная рабочая точка, характеризующая магнитное состояние сердечника, окажется не в точке -Bs, а выше на петле гистерезиса, то в рабочем полупериоде сердечник по закону электромагнитной индукции насытится не в конце периода, а несколько раньше. После этого напряжение питания окажется полностью приложенным к сопротивлению нагрузки, а ток в нагрузке скачком возрастет до I = Umaxsin wt/R. Чем больше управляющее напряжение, тем ниже по петле гистерезиса опустится рабочая точка в управляющий полупериод. В результате в рабочий полупериод сердечник насытится позднее, и к нагрузке будет приложено меньшее напряжение. При максимальном управляющем напряжении по нагрузке в течение всего рабочего полупериода протекает только намагничивающий ток.

Если управляющее напряжение равно нулю, то в управляющий полупериод индукция не изменяется и исходной точкой тока будет точка Bs. Следовательно, в течение всего рабочего полупериода ток в нагрузке будет следовать за изменением напряжения. Диаграммы изменения индукции В в сердечнике, тока нагрузки Iн, тока в обмотке управления Iу во времени t даны на (Рисунок 4). Зависимость тока Iн нагрузки от тока Iу в обмотке управления для магнитных усилителей с самонасыщением приведена на (Рисунок 5).

Статическая характеристика однотактного магнитного усилителя с самонасыщением

Рисунок 5 - Статическая характеристика однотактного магнитного усилителя с самонасыщением

Характеристики подобного типа называются статическими характеристиками, а участок АО - рабочим участком. Магнитный усилитель, обладающий статической характеристикой, показанной на (Рисунок 5), называют одноактным (нереверсивным). Основная особенность такого усилителя в том, что при изменении полярности управляющего сигнала ток в нагрузке, изменяясь по значению, остается все время однополярным.

Схема, приведенная на (Рисунок 2), является основой - типовым элементом при создании большинства современных магнитных усилителей. Рабочие полупериоды двух сердечников в схемах на (Рисунки 6,7) сдвинуты друг относительно друга на половину периода питающего напряжения. Обмотки управления двух сердечников соединены между собой так, чтобы в цепи управления не наводилось питающее напряжение. Если в однотактном магнитном усилителе (см. Рисунок 2) ток на выходе появляется лишь в течение одного из полупериодов питающего напряжения, то в усилителях, представленных на (Рисунки 6 и 7) , он появляется в течение каждого полупериода питающего напряжения.

Схема магнитного усилителя для нагрузки переменным током

Рисунок 6 - Схема магнитного усилителя для нагрузки переменным током

В то время как один из сердечников находится в рабочем полупериоде и ток от источника может протекать через его рабочую обмотку wp и нагрузку, один из диодов блокирует рабочую обмотку другого сердечника, для которого наступает управляющий полупериод, т.е. его индукция изменяется под действием входного сигнала. В следующем полупериоде сердечники меняются ролями. В схеме на (Рисунок 6) через нагрузку протекает переменный ток той же частоты, что и питающее напряжение, а в схеме на (Рисунок 7) - выпрямленный двухполупериодный ток.

Схема магнитного усилителя для нагрузки постоянным током

Рисунок 7 - Схема магнитного усилителя для нагрузки постоянным током

В магнитных усилителях с самонасыщением при отсутствии управляющего сигнала среднее значение тока нагрузки равно максимальному Iнmах. Однако иногда бывает необходимо при отсутствии сигнала на входе усилителя получить минимальный ток в нагрузке. Поэтому в магнитных усилителях часто предусматривается так называемое смещение или начальное подмагничивание, что равноценно включению дополнительного управляющего напряжения. Под действием напряжения смещения изменение индукции в управляющем полупериоде происходит даже при отсутствии сигнала управления. Чем больше напряжение смещения, тем ниже по петле гистерезиса переместится рабочая точка.

Перемещение статической характеристики в зависимости от тока смещения

Рисунок 8 - Перемещение статической характеристики в зависимости от тока смещения

В том случае, когда на вход усилителя подается также сигнал управления, перемещение рабочей точки в управляющий полупериод определяется суммой напряженностей, создаваемых сигналами смещения и управления (если эти сигналы вызывают изменение намагниченности сердечника в одном направлении), или их разностью (если действие сигналов противоположно). Введение начального подмагничивания позволяет как бы перемещать статическую характеристику усилителя вдоль оси абсцисс в зависимости от значения тока смещения (Рисунок 8). Очевидно, что при изменении тока смещения Iсм ток на выходе усилителя при отсутствии управляющего сигнала Iу может принимать любые значения от IHmax до IHmin.

Принципиально смещение в магнитных усилителях может осуществляться тремя способами: постоянным или выпрямленным током, переменным током, шунтированием выпрямителей в рабочей цепи сопротивлением. Наиболее широко применяется смещение постоянным током (Рисунок 9).

Схема магнитного усилителя со смещением постоянным током

Рисунок 9 - Схема магнитного усилителя со смещением постоянным током

Обмотки смещения обычно выполняются так же, как и обмотки управления. Последовательно с обмотками смещения для регулирования тока в них включают дополнительное сопротивление.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   Скачать   След >