Магнитные усилители

Магнитные усилители используются в системах автоматики, телемеханики, в вычислительной технике и в системах автоуправления.

Устройство магнитного усилителя представлено на рис.74

Рис. 74

Если считать сопротивление рабочей обмотки чисто индуктивным а ток – близкий к синусоидальному, то , , где

Сопротивление (рабочей обмотки) зависит от возвратной магнитной проницаемости материала сердечника, основная кривая намагничивания которого приведена на рис.75. При отсутствии постоянного тока в обмотке управления по нагрузке течет так называемый ток холостого хода, определяемый магнитной проницаемостью

симметричного частного цикла около точки 1. и

Рис. 75

соответствующем ей сопротивлением .

При этом большая часть напряжения схемы приложена к обмотке и уравновешивается ЭДС самоиндукции этой обмотки; амплитуда изменения индукции сердечника B_~- максимальна (т.1, рис 76).

Появление тока управления вызывает появление напряженности постоянного магнитного поля ; частичный цикл кривой намагничивания становится несимметричным и перемещается по мере возрастания тока управления из положения 1 в положение 2, а затем 3 (рис. 77). Если за возвратную магнитную проницаемость несимметричного частного цикла принять тангенс наклона касательной к кривой намагничивания в соответствующих точках 2 и 3, то по мере увеличения магнитная проницаемость материала уменьшается (рис. 75), снижается индуктивное сопротивление рабочих обмоток и ток в нагрузке увеличивается (рис. 74). Напряжение на обмотке снижается, в результате чего уменьшается и амплитуда индукции (рис.2). Следовательно, путем изменения тока в обмотке управления, можно управлять током в нагрузке. Выполняя обмотку с числом витков, в несколько раз превышающим число витков обмотки , можно получить эффект усиления по току. В этом и заключается принцип действия магнитного усилителя. Направление тока в данном случае не имеет значения. Поэтому простейший магнитный усилитель имеет характеристику вход-выход, т.е. зависимость выходной величины от входной , не чувствительную к знаку управляющего сигнала (рис.4). Усилителю, схема которого дана на рис.1 присущи серьезные недостатки. Переменный ток наводит переменный магнитный поток, который наводит в обмотке управления, как во вторичной обмотке трансформатора, переменную ЭДС. Чтобы устранить протекание по цепи управления переменных токов, в эту цепь включена большая индуктивность L. Но эта индуктивность сильно увеличивает постоянную времени цепи управления и общие габариты. Для уменьшения ЭДС наводимой в обмотке управления, целесообразно разделить сердечник и обмотку на две равные части, как показано на рисунке. Две рабочие обмотки должны быть соединены так, чтобы создаваемые ими потоки были направлены встречно относительно обмотки управления, охватывающей оба сердечника (рис.78). При этом переменная ЭДС в обмотке управления будет равна нулю.

На рис 79 индукция В_с соответствует такому идеальному случаю, при котором все напряжение схемы приложено к рабочим обмоткам и для создания магнитного потока из сети потребляется малый ток.

Напряженность соответствует другому, тоже идеальному режиму, при котором, несмотря на протекание тока по рабочим обмоткам, последние не создают падения напряжения.

У реального магнитного усилителя рабочие точки получатся как наложение эллипса на семейство кривых намагничивания (). Точки пересечения эллипса с кривыми Н=const, снесенные на координаты , образуют в четвертом квадрате характеристику усилителя с нагрузкой в координатах , которую можно легко пересчитать в характеристику вход-выход . Напряженности зависят от величины тока:

, .

Уравнение нагрузочного эллипса

с полуосями

, и , где - действующее значение напряжения сети.

, где , где , -сопротивление измерительных обмоток и вольтметра (измерительные обмотки наматываются на оба магнитопровода).

, токи ,

Если в схеме МУ имеется обратная связь, то сплошная кривая примет вид пунктирной кривой (рис.7), т.е. при той же напряженность возрастет, а это приведет к увеличению коэффициента усиления, рис. 80.

Если в магнитном усилителе имеется обмотка смещения, то кривая сместится влево от точки 0 (рис. 81). Видим, что при увеличении положительного напряженность возрастает, а при увеличении отрицательного напряженность уменьшается.

Изменяя величины обратных связей и смещения можно получить требуемые характеристики вход-выход магнитных усилителей.