Основные схемы и соотношения двухполупериодных магнитных усилителей с самоподмагничиванием (мус). Методика расчета.
Магнитные усилители делятся на две группы: дроссельные и МУС.
В дроссельном МУ по рабочей обмотке протекает переменный ток. В цепь рабочей обмотки МУС включены диоды, в следствии чего в них протекает выпрямленный ток.
Однополупериодный МУС
В качестве усилителей однополупериодные МУС не применяются по следующим причинам:
1) Схема может питать нагрузку только выпрямленным током;
2) Прохождение тока лишь в течении половины периода уменьшает выходную мощность;
3) Для ограничения наведенных в области управления токов необходимо включение добавочного индуктивного сопротивления, что увеличивает инерционность усилителя.
Наиболее широко применяется двухполупериодная однотактовая или двухтактовая схемы. В этом случае выходная мощность на нагрузке увеличиваются в 4 раза, а расход материала только в 2 раза.
Двухполупроводниковые МУС используют для построения датчиков измерительных трансформаторов постоянного тока, стабилизаторов напряжения и мощности.
Основные соотношения в МУС.
,
- полное активное
сопротивление цепи (сопротивление
нагрузки, рабочей обмотки и сопротивление
диода в прямом направлении),
- КПД рабочей цепи
усилителя
,
,
.
В согласованном
режиме (
)
в сопротивлении нагрузки выделяется
максимальная мощность, но ɳ=0,5, т.е.
половина мощности идет на нагревание
рабочей обмотки, а вторая потребителю.
При мощностях свыше 10Вт, это может
привести к перегреву обмоток.
Для ограничения
нагрева чаще всего используют режим,
когда сопротивление нагрузки (
),
при этом мощность в нагрузке падает
незначительно, а потери в рабочей обмотке
снижаются до допустимых значения.
Согласно закону электро-магнитной индукции, при изменении магнитного поля в любой обмотке с числом витков W, последней возникает ЭДС:
E=4,44WfBmS;
Uср=4WfBmS;
.
При синусоидальном магнитном потоке его можно записать в комплексной форме:
Ф(jω)=Фm
,
Еm=-jωWФm
,
при t=0:
Еm=-jωWФm
и Еm=ωWФm
,
Еm=Е
,
U=E=>
U=4,44WfBmS,
,
Eср=Uср=4fWBmS.
Расчет МУ сводится к расчету дросселя, т.е. к выбору материала и размеров сердечника, определению обмоточных данных, обеспечивающих заданные технические показатели.
Используются два варианта расчета дросселя на заданную мощность:
1) Расчет по допустимому падению напряжения на активном сопротивлении рабочей обмотки (по заданному кпд), при этом дроссель может быть недоиспользован по недогреву;
2) Расчет по допустимой температуре нагрева, при этом величина ɳ может быть больше заданной (не менее 0,5).
Таким образом расчет МУ производится следующим образом:
1) Выбор типа размеров сердечника, обеспечивающих заданную мощность, при этом может быть просчитан ряд вариантов и выбран оптимальный, для окончательно выбранного сердечника определяют плотность тока и ɳ.
2) Определяем величину напряжения питания и параметры рабочей обмотки.
3) Рассчитываем число витков обмотки управления.
4) Производим уточненный расчет: проверяем влезают ли обмотки в пазы сердечника, с учетом защитного каркаса, изоляции между обмотками и диаметра свободного отверстия; уточняем величины обмоток, ɳ, температуру перегрева.
Мощность на выходе усилителя:
Pн=UнIн;
Uн=ɳ
=
;
- коэффициент,
характеризующий степень насыщения
реальных сердечников, при снятии с
усилителя номинальной мощности;
- коэффициент
запаса стали;
;
- коэффициент формы
тока, характеризующий отношение формы
переменного тока от синусоидального;
;
qп.р.- площадь сечения проводника рабочей обмотки;
- плотность тока.
Так как площадь сечения обмотки управления мала по сравнению с площадью сечения рабочей обмотки, то можно принять Sп.р.=Sм.
Характеристики магнитопроводов и параметры обмотки проводов берутся из справочников.