Магнитные усилители

Принцип действия МУ основан на использовании явления насыщения ферромагнитных материалов в магнитном поле.

 

а) б)

 

Рисунок 47 – Простейший дроссельный однотактный магнитный усилитель

а – зависимость магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н; б – схема усилителя

 

Входной цепью МУ (рисунок 47) является обмотка управления Wy, а выходной – рабочая обмотка Wp с последовательно включенным сопротивлением нагрузки Rн. Выходное напряжение Uвых снимается с нагрузки Rн.

Если ток в рабочей цепи I~ синусоидален, то он находится по формуле:

, (70)

где U~ – напряжение питания МУ;

R – полное активное сопротивление рабочей цепи;

хр – индуктивное сопротивление рабочей обмотки.

 

, (71)

 

где Rp – активное сопротивление рабочей обмотки;

Lp – индуктивность рабочей обмотки;

– угловая частота питающей сети;

Wp – число витков рабочей обмотки;

Sc – площадь поперечного сечения ферромагнитного сердечника;

– длина средней магнитной линии сердечника;

– магнитная проницаемость сердечника.

 

Для магнитных усилителей выбирается ферромагнетик с большой и малой коэрцитивной силой Hc, например, пермаллой. Такой магнитный материал имеет максимально возможную чувствительность к слабым изменениям магнитного поля. Вследствие нелинейности характеристики B = f (H) малое изменение H, связанное с постоянным током обмотки управления Wy, приводит к резкому увеличению B и уменьшению , что ведет к значительному уменьшению Lp и . Наблюдается резкое увеличение тока I~ в рабочей цепи.

Однотактные магнитные усилители относятся к нереверсивным: полярность выходного сигнала не зависит от полярности входного сигнала. Нагрузка Rн может быть включена последовательно или параллельно в сеть рабочей обмотки Wp. В первом случае МУ называют дроссельными, во втором – трансформаторными. Наиболее эффективным является построение МУ на двух одинаковых сердечниках.

а) б)

в)

 

Рисунок 48 – Однотактные МУ с параллельным (а) и последовательным (б) включением нагрузки и их статические характеристики (в)

 

Основной характеристикой МУ является статическая характеристика:

 

Iн = f(Iy), (72)

 

где Iн ток нагрузки,

Iy ток управления.

 

Характеристика идеального МУ без обратной связи и смещения показан на рисунке 2. Для реального МУ ток холостого хода (Iн при Iy=0) отличен от нуля.

Коэффициенты усиления по току kI, напряжению kU, мощности kР находятся экспериментально по статическим характеристикам и теоретически по соотношениям:

 

(73)

 

(74)

 

, (75)

 

 

где Δ определяет малые приращения входных и выходных величин.

 

На характеристики Iн = f(Iy) значительно влияют начальное смещение (подмагничивание) и обратные связи. Начальное смещение вводится для того, чтобы увеличить коэффициент усиления для малых входных сигналов и выводе рабочей точки на линейный участок статической характеристики (рисунок 49).

Обратные связи могут быть положительными и отрицательными, внешними и внутренними. Внутренняя обратная связь организуется включением выпрямителя в рабочую обмотку Wp, поэтому число витков обмотки обратной связи Woc=Wp и коэффициент обратной связи koc ≤ 1. Рабочая обмотка Wp дополнительно выполняет функции обмотки обратной связи Woc. Схема однотактных МУ с внутренней обратной связью показана на рисунке 50, а статические характеристики – на рисунке 51.

 

а)

б)

Рисунок 49 – Дроссельный МУ: а – схема; б – статические характеристики

 

а) б)

Рисунок 50 – Однотактные МУ с внутренней обратной связью:

с выходом на переменном токе (а); с выходом на постоянном токе (б)

 

 

 

Рисунок 51 – Статические характеристики МУ с внутренней ОС

 

Схема МУ с внешней обратной связью может обеспечить любое значение koc за счет соответствующего выбора числа витков Woc. Одна из схем показана на рисунке 52.

В этом случае коэффициенты усиления равны:

 

(76)

 

Рисунок 52 – МУ с внешней обратной связью

 

 

(77)

 

, (78)

 

где знак “” соответствует положительной, а “+”– отрицательной обратной связи.

 

(79)

 

где .

Использование смешанной обратной связи, объединяющей внутреннюю и внешнюю обратные связи может привести релейным характеристикам (рисунок 53).

 

 

Рисунок 53 – Релейные характеристики МУ

 

 

Релейная характеристика в первом квадранте соответствует нормально разомкнутым, а во втором – нормально замкнутым контактам реле.

Инерционность МУ характеризуется постоянной времени τ.

 

, (80)

где коэффициент полезного действия цепи переменного тока усилителя;

частота питающей сети;

индуктивность обмотки управления.

 

Для снижения инерционности используют введение положительной обратной связи при условии , замену однокаскадного МУ многокаскадным, шунтирование диодов внутренней обратной связи переменными сопротивлениями и другие методы.

Передаточная функция W(p) магнитного усилителя определяет его как апериодическое звено первого порядка:

 

, (81)

 

где p – оператор Лапласа.

 

 








Дата добавления: 2016-01-16; просмотров: 1545; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2019 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.01 сек.