Магнитный усилитель. Управляемый дроссель – катушка индуктивности с магнитопроводом

Управляемый дроссель – катушка индуктивности с магнитопроводом. Характеризуется переменным индуктивным сопротивлением, обусловленным подмагничиванием ферромагнитного сердечника постоянным током. Ток в рабочей обмотке дросселя можно изменять по величине путем изменения магнитной проницаемости магнитопровода, подвергая его одновременному воздействию переменной и постоянной м.д.с.

При изменении значения постоянного тока обмотки управления изменяется магнитное сопротивление сердечника дросселя, а следовательно, значение индуктивности рабочей обмотки и ток в ней.

, ,

где S – сечение магнитопровода; w_p – число витков рабочей обмотки; l – средняя длина магнитной линии магнитопровода.

При подмагничивании магнитопровода дросселя постоянным током вследствие изменения его магнитного состояния уменьшается индуктивность рабочей обмотки и возрастает ток дросселя.

Вследствие того, что индуктивность рабочей обмотки дросселя зависит только от абсолютного значения подмагничивающего тока и не зависит от его полярности. Характеристика управления дросселя I_р (I_упр) оказывается симметричной относительно оси ординат.

На вид характеристики управления дросселя влияет напряжение, приложенное к рабочей обмотке, материал сердечника и соотношение числа витков рабочей обмотки и обмотки управления дросселя.

Схема простейшего управляемого дросселя малопригодна для широкого применения, так как в обмотке управления с большим числом витков наводится значительная переменная ЭДС вследствие прямой трансформаторной связи между рабочей обмоткой и обмоткой управления. Кроме того, переменный ток в цепи нагрузки дросселя существенно искажает свою форму.

Поэтому для создания МУ используются конструкции, основанные на двух О-образных сердечниках или на одном Ш-образном сердечнике, лишенные указанных недостатков.

Для ДМУ применяются два дросселя, каждый из которых имеет по две обмотки: рабочую w_р и управляющую w_у.

w_р – включаются последовательно и согласно;

w_у – включаются последовательно и встречно.

При таком включении обмоток ЭДС, трансформируемые из рабочих цепей в цепи управления, оказываются в противофазе и взаимно компенсируются.

При плавном увеличении тока I_у ток нагрузки плавно увеличивается от до max значения за счет уменьшения магнитной проницаемости m_а.

В линейной зоне характеристику управления ДМУ соблюдается равенство средних значений м.д.с.

или .

Это равенство не зависит от колебаний питающего напряжения, сопротивления нагрузки и чистоты питания источника.

Данному значению тока управления всегда соответствует единственное значение тока нагрузки.

Таким образом, дроссельный МУ является управляемым источником тока.

Магнитный усилитель может иметь несколько обмоток управления. В этом случае в рабочем режиме ток в нагрузке будет определяться суммарным приведенным током управления

.

Таким образом, магнитный усилитель может быть использован как сумматор электрических сигналов, не связанных между собой.

Вследствие низких значений коэффициента усиления и большой массы ДМУ применяют редко, в основном как измерительные трансформаторы постоянного тока и напряжения. В первом случае роль обмотки управления выполняет шина, по которой протекает измеряемый = ток I_у.

Во втором случае обмотка управления w_у включается параллельно сети измеряемого постоянного напряжения.

ДМУ в этом случае представляет собой сочетание двух тороидельных магнитнопроводов на некотором размещены рабочие обмотки и , и подключены к источнику ~ напряжения. Рабочие обмотки и обмотка управления создают свои магнитные потоки и . В цепь рабочих обмоток через выпрямительный мост включен измерительный прибор, который в данном случае является нагрузкой усилителя.

Схема трансформатора постоянного тока

Допустим, что в рассматриваемый полупериод вектор индукции совпадает по направлению с вектором индукции , а вектор направлен встречно . В результате магнитопровод I – насыщен, сопротивление обмотки Хр переменному току равно нулю, а магнитопровод II наоборот далек от насыщения.

Материал магнитопроводов I и II имеет кривую намагничивания, близкую к прямоугольной. В таком материале при суммарном значении магнитной индукции B £ B_S напряженность поля Н = 0, m_а = ¥. При B > B_S m_а = 0 и, следовательно, Х_р ® 0 и не оказывает влияние на полное сопротивление цепи рабочих обмоток.

В магнитопроводе II, где B < B_S, Н = 0 можно записать

, .

Из приведенного равенства следует, что ток i_p в течение рассматриваемого полупериода повторяет форму тока управления i_у. Так как i_у = const, то и ток i_р = const в течение данного полупериода, т.е. ток i_p принимает прямоугольную форму, а затем выпрямляется с помощью выпрямителя.

Реальная форма кривой намагничивания отличается от прямоугольной. Поэтому форма тока i_p не прямоугольная, а в токе i_н появляются глубокие провалы, что вызывает определенную погрешность измерения.

Рассмотренное устройство может быть использовано и в качестве измерительного трансформатора постоянного напряжения. Для этого многовитковая обмотка управления w_у подключается к измеряемому напряжению U_и через большое добавочное сопротивление R_доб.

Ток в обмотке управления w_у пропорционален напряжению

.

Для уменьшения потерь в R_доб ток i_у берется малым – около 10 мА. Измерение этого тока производится так же, как и в трансформаторе тока.

Измерительный трансформатор постоянного напряжения