ПРОСТЕЙШИЙ МАГНИТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

На рис. 4-1 представлена конструктивная схема простейшего магнитного усилителя. Выходная обмотка ω_{вых ,} являющаяся рабочей, включена последовательно с нагрузкой Z _н к источнику переменного тока напряжением U_n~=const. При изменении величины входного напряжения U_вх будет изменяться подмагничивающее постоянное поле и магнитная проницаемость ферромагнитного сердечника дросселя μ, а следовательно, и индуктивность L_др. В результате будет меняться ток выходной цепи I_вых и соответственно падение напряжения на нагрузке U_вых.

Общий характер зависимости выходного тока от входного показан на рис. 4-2, в. Кривая намагничивания ферромагнетиков В=f(Н), если не учитывать петли гистерезиса и нелинейности при слабых полях, имеет вид, приведенный на рис. 4-2, а. С увеличением входного тока магнитная проницаемость материала сердечника уменьшается, как это показано на рис. 4-2, б. Индуктивное сопротивление дросселя при этом также уменьшается, а выходной ток возрастает (рис.4-2, в).

Уменьшение магнитной проницаемости не зависит от направления подмагничивающего поля и поэтому статическая характеристика симметричная относительно оси ординат.

Если считать сопротивление рабочей обмотки чисто индуктивным, а ток близким к синусоидальному, то выходное напряжение определяется как

.

Таким образом, устройство магнитных усилителей основано на использовании непостоянства магнитной проницаемости ферромагнетика – нелинейности индуктивного сопротивления дросселя. Поэтому, когда после насыщения дросселя магнитная проницаемость уже не меняется, выходной ток, достигнув максимального значения, также не меняется при дальнейшем увеличении подмагничивающего входного тока. Промежуточная область характеристики приблизительно линейна, и для нее отношение выходного тока к входному (коэффициент усиления по току) обратно пропорционально отношению чисел витков.

При I_вх=0 выходной ток минимален (ток холостого хода I_хх), но не равен нулю, так как при этом Х_др≠∞.

Следует отметить, что входное напряжение U_вх полагалось постоянным лишь для простоты рассуждений. В действительности это напряжение может меняться не только по величине, но и по знаку. Необходимо лишь, чтобы частота входного напряжения была существенно (в 5-10 раз) меньше частоты источника питания.

Приведенная простейшая схема магнитного усилителя практически не применяется, так как для ограничения величины переменного тока во входной цепи, который возникает в результате наведения ЭДС в управляющей обмотке ω_вх от переменного тока, протекающего по рабочей обмотке ω_вых, требуется введение значительной индуктивности в цепь управления (рис. 4-1). Но это увеличивает постоянную времени управляющей обмотки, а, следовательно, инерционность усилителя в целом, и увеличивает габариты магнитного усилителя.

Нереверсивные (однотактные) магнитные усилители без обратной связи. Отмеченные выше недостатки значительно ослабляются, если применить схему, изображенную на рис. 4-3. В схеме имеются два магнитно не связанных между собой дросселя, обмотки которых включены встречно. Если входные обмотки намагничивают оба сердечника в одном направлении, то входные – в противоположных направлениях или наоборот (направления потоков для одного из моментов отмечены стрелками). За счет этого в обмотке управления наводится два ЭДС в противофазе, поэтому результирующая ЭДС равна нулю. Практически этого оказывается достаточно, чтобы не применять специальной ограничительной индуктивности.

На рис. 4-3 выходные обмотки соединены между собой последовательно. Возможно и параллельное соединение выходных обмоток, но в системах автоматического регулирования такое соединение не применяется, так как параллельно соединенные обмотки образуют по отношению к входной обмотке короткозамкнутый контур, что вызывает замедление изменений магнитного потока, а следовательно, увеличение инерционности усилителя.

Существенный конструктивный недостаток рассмотренной схемы заключается в том, что наводимые в обмотках управления ЭДС, хотя и не оказывают влияния на входную цепь благодаря взаимной компенсации, но создают большие разности потенциалов и поэтому требуют значительного усиления изоляции входных обмоток.

Поиск по сайту: