Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Теоретические положения

Принцип действия магнитного усилителя (№) основан на нелинейности характеристик ферромагнитных материалов, что позволяет изменять индуктивность рабочих обмоток, включенных в цепь нагрузки с помощью слабого управляющего входного сигнала с целью усиления последнего. Таким образом, магнитный усилитель можно рассматривать, как управляемую индуктивность, с помощью которой можно регулировать величины тока, напряжения или мощности, поступающих в цепь нагрузки от шедшего источника питания.

Достоинства МУ: легкость согласования с низкоомными датчиками и низкоомной нагрузкой, высокая стабильность нуля и хорошее усиление сигналов постоянного тока и инфранизких частот, высокий коэффициент усиления, низкий порог чувствительности, практически не ограниченная выходная мощность, надежность, радиационная и механическая устойчивость, малый разброс параметров, низкая стоимость, высокая технологичность и простота конструкции, неограниченный срок службы, простота эксплуатации.

МУ используется в качестве измерительных, стабилизирующих и регулирующих элементов. К ним относятся: модуляторы в радиоэлектронике и усилители постоянного тока (УНТ) в системах автоматического регулирования сигналов мощностью до 10 ~18 ватт, измерители постоянного тока в диапазоне 10 "9 до 104 А, системы серво- и электропривода мощностью до десятков киловатт, релейные МУ, стабилизаторы тока, напряжения и частоты с выходной мощностью до десятков киловатт и др.

Основным элементом МУ является управляемая индуктивность, которая в простейшем виде может быть выполнена по схеме:

Рис. 1

Она представляет собой замкнутый ферромагнитной сердечник с двумя обмотками. В обмотку управления подается управляющий сигнал постоянного тока 1У. По рабочей обмотке протекает переменный управляемый рабочий ток: 1р. Если схема питается от источника синусоидального напряжения, то в сердечнике управляемой индуктивности под действием намагничивающей силы рабочей обмотки устанавливаются соответствующее значение индукции магнитного поля В. Аналогично обматывающая сила управляющей обмотки устанавливает в сердечнике определенное значение индукции постоянного подмагничивающего поля B=Y, определяемые соответствующими изменениями сигнала управления, приводят к работе на различных участках кривой намагничиванья В(Н).

Если сопротивление управляющей цепи имеет конечную величину, то переменная Э.Д.С., наводимая из рабочей цепи в управляющую, создает в последней токи помех, искажающие управляющий сигнал, и в пределе, когда , делающие устройство неуправляемым, а реактивное сопротивление рабочей обмотки близким к нулю. В связи с этим одной из важных задач при изготовлении этих устройств является обеспечение развязки цепей переменного и постоянного тока.

Существуют три основных способа выполнения этого условия:

1) в цепь управления включают дроссель с большим индуктивным сопротивлением, что предотвращает протекание по цепи управления переменного тока. Однако, дроссель увеличивает инерционность устройства;

2) для уменьшения переменного тока цепи управления управляемый дроссель выполняют на двух сердечниках. Рабочие обмотки включают встречно, чтобы наводимые в управляющих целях Э.Д.С. действовали навстречу друг другу и взаимно компенсировались;

3) применяют сложные геометрические формы сердечников, например, многостержневые сердечники. Простейший дроссельный МУ нечувствителен к полярности управлявшего сигнала, отсюда его название - нереверсивный. И непригоден для усиления слабых сигналов, поскольку его характеристика ВХОД-ВЫХОД в окрестности нелинейна, а коэффициент усиления меньше единицы.

Нечувствительность к полярности управляющего сигнала устраняется применением специальных схем или введением смещения. К полярности управляющего сигнала чувствительны двухтактные усилители, называемые также реверсивными. Они имеют статическую характеристику, при которой изменение полярности управляющего сигнала вызывает изменение полярности или фазы выходного напряжения на 180°. Смещение выбирают так, чтобы изображающая точка при 1у = О находилась примерно на середине линейного участка статической характеристики МУ. Тогда одной полярности сигнала будет соответствовать увеличение, а другой - уменьшение тока нагрузки, (поляризованный магнитный усилитель).

Практически, в большинстве случаев, желательно, при отсутствии сигнала на входе усилителя получить минимальный ток в нагрузке. Этого также добиваются введением смещения. Введение смещения равноценно включению дополнительного постоянного управляющего тока. Чем больше напряжение смещения, тем ниже по петле гистерезиса сместится рабочая точка. Введение смещения (начального подмагничивания) дает возможность как бы перемещать статическую характеристику вдоль горизонтальной оси в зависимости от величины тока смещения.

Магнитный усилитель характеризуется следующими основными параметрами:

1. Коэффициент усиления:

Из основного закона МУ

т. е.- видно, что МУ является управляемым источником тока, стабильность нуля которого не зависит от колебаний частоты и амплитуды питающего напряжения, температуры окружающей среды и других внешних и внутренних факторов.

Коэффициент усиления по току:

Коэффициент усиления по мощности:

где w_p, w_y - количество витков рабочей и управляющей обмоток соответственно.

R_н,r_y - активное сопротивление нагрузки и управляющей обмотки.

2) порог усиления:

минимальный входной сигнал, при котором коэффициент усиления МУ по мощности становится меньше единицы.

3) коэффициент кратности:

для оценки регулирующей способности МУ вводят коэффициент кратности:

Желательно, чтобы

4) максимальная мощность нагрузки:

Р_н.макс= I²_рR_н

5) К.П.Д.

где - активное сопротивление рабочей обмотки МУ.

6) постоянная времени:

инерционность МУ определяется в основном длительностью переходных процессов в управляющей и рабочей цепях МУ, а также длительностью затухания вихревых токов и потерями на гистерезис. Влияние двух последних факторов легко уменьшается шихтованными или витыми тонкопленочными сердечниками с малой коэрцитивной силой. Что касается переходных процессов в управляющей и рабочей цепях МУ, то определяющей является постоянная времени управляющей цепи:

где - индуктивность управляющей цепи.

- акт. сопротивление управляющей цепи

- число витков обмотки управления

- сечение сердечника.

- средняя длина магнитной линии.

- магн. проницаемость сердечника для постоянной составляющей магнитного потока.

7) добротность МУ:

Позволяет оценивать магнитные усилители о одинаковыми коэффициентами усиления до мощности по их инерционности и наоборот. Радикальным способом повышения добротности является повышение частоты питавшего напряжения, (что позволяет уменьшать габариты МУ) и введение положительных обратных связей. При введении ПОС постоянная времени магнитного усилителя растет, но еще быстрее растет коэффициент усиления и в результате добротность увеличивается.

Большинство основных характеристик МУ зависит от сопротивления нагрузки. С увеличением сопротивления нагрузки коэффициент кратности падает, К.П.Д. растет, а коэффициент усиления по мощности растет, достигает максимума, а затем падает.

Уменьшение сопротивления нагрузки от номинала нарушает линейность характеристики "вход-выход".

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒