Идеальный магнитный усилитель

сердечник имеет идеальную кривую намагничивания (рис. 22.16). По сравнению с реальной, эта кривая имеет следую­щие особенности:

1) на участке от В = 0 до В= Вs магнитная проницаемость равна бесконечности;

2) в области насыщения магнитная прони­цаемость равна нулю;

3) площадь петли гистерезиса равна нулю.

Магнитный усилитель при последовательном соединении рабочей обмотки с нагрузкой и выходным по­стоянным током

Рабочая обмотка, и обмотка управления состоят из двух секций, расположенных соответственно на двух сердечниках. Секции обмотки управления включены встречно.

Индукции в обоих сердечниках изменяются во времени по одному закону и отличаются друг от друга на постоянную величину 2В₀. Поэтому и ЭДС, инду­цируемые в секциях рабочей обмотки, будут равны:

Рассмотрим режим работы усилителя, когда подмагничивание отсутствует, т. е.1у = 0. Если при напряжении, приложенном к рабо­чей обмотке, оба сердечника находятся в ненасыщенном состоянии, то магнитная проницаемость сердечников равна бесконечности, а следовательно, и индуктивное сопротивле­ние рабочей обмотки равно бесконечности. В этом случае ток в цепи рабочей обмотки равен нулю и напряжение источника пита­ния равно и направлено навстречу ЭДС самоиндукции секций рабочей обмотки, напряжение питания рас­пределится поровну между секциями рабочей обмотки:

На рис. 22.17 показаны графики изменения напряжения, прило­женного к рабочей обмотке (рис. 22.17, а), и индукции при отсутст­вии подмагничивания (пунктирная линия на рис. 22.17, б).

Рис. 22.17. Диаграммы мгновен­ных значений напряжения, индук­ции, токов

Теперь рассмотрим режим работы при наличии подмагничива­ния, т. е. когда по обмотке управления проходит ток. Этот постоян­ный ток создает постоянное магнитное поле, индукция которого равна В₀. В одном сердечнике магнитные потоки, обусловленные постоянным и переменным токами, будут складываться, а в дру­гом — вычитаться, вследствие чего значения индукции в сердечни­ках будут отличаться на величину 2В₀.

В результате кривая индук­ции в одном сердечнике пойдет выше, а в другом — ниже (соответ­ственно В1 и В2 на рис. 22.17, (б).

Индукция В1, достигнув величины насыщения, в дальнейшем некоторое время остается постоянной. Если в одном сердечнике индукция постоянна, то в другом сердечнике в тот же проме­жуток времени индукция также бу­дет постоянной. Это условие выполняется даже в том случае, если другой сердечник ненасыщен. Поэтому если с момента ωt = α нас индукции в сердечниках не меняются, то ЭДС самоиндукции в секциях рабочей обмотки равны нулю и всё напряжение питания оказывается приложенным к нагрузке.

Ток в нагрузке скачком достигает наибольшего значения. Таким образом, от 0 до момента насыщения первого сердечника при ωt = α нас все напряжение сети приложено к ра­бочей обмотке, а остальную часть полупериода от α нас до ωt = π к нагрузке (рис. 22. 17, а). В следую­щий полупериод этот процесс повторяется с тем отличием, что сердечники меняются ролями. Та­ким образом, в интервале управления (от 0 до α нас) оба сердечни­ка ненасыщенны, а в интервале насыщения (от α нас до π) один из них насыщен, что приводит к постоянству потока и в другом сер­дечнике.

Напряжение на нагрузке при угле на­сыщения скачком достигает наибольшего значения и затем из­меняется по синусоидальному закону. Угол α нас в теории магнитных усилителей называют углом зажи­гания или регулирования. Идеальный магнитный усилитель дейст­вует как переключатель, который периодически подключает нагруз­ку к источнику питания в моменты, фиксированные относительно начала полупериода напряжения питания и определяемые значени­ем управляющего сигнала.

Сердечники усилителя насыщаются поочередно, причем в каж­дый полупериод один из сердечников ненасыщен. В первом полупе­риоде (рис. 22.17) ненасыщен второй сердечник.

Во втором полупериоде ненасыщенным оказывается первый сердечник.

Изменение тока управления iу происходит с частотой, которая вдвое больше частоты питания. Этот ток содержит кроме переменной и постоянную составляющую. Переменная со­ставляющая является следствием трансформации тока из цепи на­грузки. Постоянная составляющая 1у (среднее значение тока) не может появляться вследствие трансформации, она обуслов­лена управляющим сигналом и численно равна току сигнала 1у.

Iн ωр = Iу ωу (22.17) или Нср = Ну, где Нср — среднее (за половину периода) значение на­пряженности магнитного поля от тока нагрузки. Полученное равен­ство представляет собой основное уравнение идеального магнитного усилителя с последовательным соединением обмотки и по нему строится статиче­ская характеристика 1н = f(1у), показанная на рис. 22.18 (кривая 1 ). Максимально возможное значение тока имеет место при а нас = 0 когда постоянно насыщены оба сердечника сразу. В этом случае равенство (22.17) теряет свою силу.

Рис. 22.18. Статические ха­рактеристики идеального магнитного усилителя

При рассмотрении работы идеального магнитного усилителя не учитывалось сопротивление выпрямителя, которое несколько уменьшает значение тока нагрузки.

Из формулы (22.17) можно определить значения коэффициен­тов усиления магнитного усилителя: по току k₁=Iн/Iу=ώу/ώр

по напряжению ku=Uн/Uу=ωуRн/ωрRу

по мощности kр=Pн/Pу=ω²уRн /ω²рRу

Из последней формулы следует, что чем больше число витков обмотки управления при заданном сопротивлении этой обмотки, тем больше коэффициент усиления по мощности.

Статическая характеристика усилителя без выпрямителя показа­на на рис. 22.18 (кривая 2). Нелинейность характеристики объясня­ется тем, что коэффициент формы зависит от а нас.

Если в нагрузке переменного тока имеется индуктивность, то она сглаживает кривую тока и вызывает отставание тока от напря­жения.

Полученное выше основное уравнение (22.17) идеального маг­нитного усилителя с последовательным соединением секций рабо­чей обмотки справедливо и для параллельногосоединения. В этом случае также происходит поочередное насыщение сердечников. Од­нако четные гармоники в цепи управления отсутствуют, зато они протекают в контуре рабочей обмотки. Так как через секцию рабо­чей обмотки каждого сердечника проходит половина тока нагрузки, то уравнение статической характеристики имеет вид.

Iн ωр = 2 Iу ωу

Изменение напряжения на нагрузке магнитного усилителя отстает от изменения входного сигнала Uу, т. е. усилитель обладает некото­рой инерционностью. Инерционность магнитного усилителя опре­деляется переходным процессом в цепи управления, вихревыми то­ками и потерями на гистерезис в сердечниках, переходным процес­сом в цепи переменного тока. Вихревые токи и потери на гистерезис вызывают отставание по­стоянной составляющей индукции от напряженности поля подмагничивания. Однако применение для сердечников тонких листов из железоникелевых сплавов позволяет свести потери на гистерезис и вихревые токи практически к нулю. Поэтому в большинстве случаев замедлением процесса, вызванным вихревыми токами и гистерези­сом, можно пренебречь

Дата добавления: 2014-01-20