Лекция №13. Бесконтактные электрические аппараты

МОДУЛЬ №4. БЕСКОНТАКТНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ

Трансформаторы тока.

• Трансформаторы напряжения.
• Емкостной делитель напряжения.

В отличие от контактных аппаратов, в положении «отключено» через бесконтактный электрический аппарат протекает ток небольшой силы, обусловленный большим, но конечным внутренним сопротивлением управляемого элемента в закрытом состоянии. В положении «включено» это сопротивление резко уменьшается, но остаётся всё же, в 10—50 раз больше переходного сопротивления контактного аппарата, вследствие чего бесконтактный электрический аппарат допускает значительно меньшие токовые перегрузки.

Рассмотрим бесконтактный электрический аппарат, где в качестве управляемого элемента используется магнитный усилитель (МУ) с положительной обратной связью, работающий в релейном режиме.

Принцип действия магнитных усилителей основан на использовании нелинейности кривой намагничивания ферромагнитных материалов, магнитная проницаемость которых при ненасыщенных сердечниках велика, а при насыщении сердечников уменьшается во много раз. Поэтому если катушку с сердечником из ферромагнитного материала поместить между источником напряжения и нагрузкой, можно, насыщая или размагничивая сердечники, соответственно увеличивать или уменьшать величину тока нагрузки.

Для уяснения принципа работы магнитного усилителя рассмотрим простейший дроссельный магнитный усилитель (рис. 59),

Рис. 59. Простейший дроссельный магнитный усилитель

Ток нагрузки i_H в рассматриваемой цепи определяется из условия

, (60)

где ω - частота питающего напряжения. Изменяя индуктивность L цепи, изменяем ток нагрузки I_H.

Изменение индуктивности цепи нагрузки осуществляется усиливаемым сигналом с помощью обмотки управления, которая имеет большое число витков W_у.

Ток управления подмагничивает сердечник в со­ответствии с характеристикой намагничивания и из-за нелинейности указанной зависимости изменяет маг­нитную проницаемость сердечника μ (рис. 60).

Рис. 60. Кривая подмагничивания сердечника

Особенно это ярко выраже­но на интервале H₁÷H₂ (участок нелинейности). Так как индуктивность L катушки, намотанной на сердеч­ник с магнитной проницаемостью μ, находится в пря­мой зависимости от величины μ

, Гн (61)

где S — площадь поперечного сечения сердечника, l -длина сердечника, W~ - число витков обмотки пере­менного тока, то с изменением входного сигнала изме­няется индуктивность L обмоток W~ и в конечном ито­ге ток нагрузки.

Зависимость тока нагрузки I_н от тока в обмотке управления I_у называется статической характеристикой или характеристикой управления МУ (рис.61).

Рис. 61. Статическая характеристика МУ

Особенностью этой характеристики является то, что при изменении полярности управляющего сигнала ток в нагрузке, изменяясь по величине, остаётся всё время положительным. МУ обладающие такой статической характеристикой, называются однотактными. Величина I _нmin- ток холостого хода соответствует максимальным значениям μ и L, величина I _нmax определяется насыщением сердечника. Отношение этих величин называется коэффициентом кратности тока в нагрузке и является одним из параметров, характеризующих магнитный усилитель.

(62)

Наклон характеристики на линейном участке a - b определяет коэффициент усиления по току:

(63)

При сильном насыщении (участок b – c) рост тока прекращается, поэтому рабочий участок ограничивается пределами a – b.

Для изменения статической характеристики применяют обратные связи.

При обратной связи выходной сигнал используют для создания дополнительной постоянной составляющей магнитного поля, накладывающейся на магнитное поле входного сигнала. Обратная связь в МУ может быть положительной, отрицательной, внешней и внутренней. Например, если ток нагрузки, или часть его, подаётся на дополнительную обмотку обратной связи Wос, то это внешняя обратная связь. Обратная связь называется внутренней, если в качестве обмотки обратной связи используются рабочие обмотки МУ, и отдельной обмотки не требуется. Такие МУ называются магнитными усилителями с самонасыщением. Обратная связь положительна, если её ток имеет одинаковое направление с током управления; если это не так, то обратная связь отрицательна. Положительная обратная связь увеличивает коэффициент усиления магнитного усилителя (рис.62).

Рис. 62. Статическая характеристика МУ с положительной обратной связью

Обратная связь характеризуется коэффициентом обратной связи.

(64)

где Wос – число витков обмотки обратной связи, Wр¹ - число витков одной половины рабочей обмотки.

В настоящее время наибольшее применение получила внутренняя обратная связь (рис.63).

Это объясняется тем, что оба вида обратной связи полностью идентичны друг другу с точки зрения воздействия на работу дросселя, однако в случае применения внешней обратной связи потери в меди рабочих обмоток, при прочих равных условиях, увеличиваются вдвое. Кроме того, вдвое увеличивается количество выпрямительных элементов, необходимых для осуществления обратной связи.

Рис. 63. Схема МУ с положительной внутренней обратной связью

При Кос>1 имеет место релейный режим работы МУ, когда при плавном изменении тока управления МУ, происходит скачкообразное изменение рабочего тока (тока нагрузки).

При определённом выборе параметров контура обратной связи статическая характеристика МУ может приобрести S - образную форму. Вид такой характеристики при наличии смещения ее по оси I_у, путем использования обмотки смещения, укладываемой рядом с обмоткой управления, приведен на рис. 64.

При I_у>I_у1 МУ имеет устойчивое состояние с током нагрузки I_{н max}, а при I_у<I_у2 – устойчивое состояние с током нагрузки I_{н min}.

Рис. 64. Статическая характеристика МУ в релейном режиме

Вопросы для самопроверки:

Дата добавления: 2014-01-20