35.Дроссель в электрической цепи переменного тока. Магнитный усилитель.

Дросселем называют катушку индуктивности с ферромагнитным сердечником, имеющим воздушный зазор. Дроссель используется на практике как индуктивное сопротивление в электрических цепях и фильтрах.

Согласно закону полного тока для магнитной цепи дросселя

wI = H_B l_B + H_СТI_СТ, 

где H_B, H_СТ – напряженность магнитного поля соответственно в воздушном зазоре и сердечнике;

l_В, l_СТ – длина воздушного зазора и сердечника.

Получим Индуктивность дросселя определяется по формуле

С изменением lB изменяется индуктивность катушки L и ток в цепи I, т. е. посредством регулирования воздушного зазора в дросселе можно регулировать ток в электрической цепи переменного тока

Магнитным усилителем называют устройство, служащее для регулирования тока в цепи нагрузки посредством подмагничивания ферромагнитных сердечников постоянной МДС.

Основными элементами магнитного усилителя являются два замкнутых одинаковых магнитных сердечника с несколькими обмотками. В магнитных усилителях используют кольцевые или прямоугольные сердечники из магнитомягкого материала с прямоугольной петлей гистерезиса. Каждый сердечник работает в условиях одновременного намагничивания переменным и постоянным магнитными полями, которые создаются рабочей обмоткой с числом витков w_P – и несколько обмоток постоянного тока: управления с числом витков w_У, смещения w_CM и обратной связи w_OC.

Схема магнитного усилителя.

Для устранения влияния наведенной переменной ЭДС основной частоты в обмотках постоянного тока обмотки w_P включают встречно-последовательно или встречно-параллельно при согласном включении обмоток постоянного тока. Обычно обмотка управления наматывается на оба сердечника, рабочие обмотки включают последовательно-согласно или параллельно-согласно. Рабочие обмотки и сопротивление нагрузки R_Н образуют последовательную рабочую цепь, присоединенную к источнику переменного тока. Их сопротивление R = R_Р + R_H.

Зависимость I_Р = f (I_У) называется характеристикой управления магнитного усилителя.

Характеристика управления магнитного усилителя для двух значений R и R.

При R > 0 пропорциональность между токами сохраняется только до определенного их значения, так как приложенное переменное напряжение при токе управления, большем предельного, уравновешивается ЭДС самоиндукции сердечников и падением напряжения на активном сопротивлении и индуктивности рассеяния.

Подмагничивание  магнитного усилителя производится выпрямленным током нагрузки. Такое подмагничивание называется положительной обратной связью (внешней и внутренней).

При внешней обратной связи подмагничивание осуществляется двумя обмотками постоянного тока: управления w_У и обратной связи w_OC. Последняя питается выпрямленным током рабочей цепи (или его частью). При I_ОС = I_Р имеем

w_P l_P = w_У I_У + w_ОС I_Р. 

Уравнение характеристики управления магнитного усилителя имеет вид

где k_OC = w_OC / w_P – коэффициент обратной связи.

В магнитном усилителе с положительной обратной связью (в отличие от магнитного усилителя без обратной связи) для получения одного и того же значения I_р необходима меньшая МДС управления (мощность управления). При этом минимум тока I_P.MIN сместится во второй квадрант.

Магнитный усилитель с внешней обратной связью (а) и его характеристика управления (б).

Недостатком магнитных усилителей с внешней обратной связью является увеличение сопротивления рабочей цепи, что приводит к уменьшению максимального тока нагрузки и его выходной мощности.

Магнитные усилители с внутренней обратной связью свободны от этого недостатка и, кроме того, роль специальной обмотки обратной связи выполняют рабочие обмотки, осуществляя самоподмагничивание сердечника постоянной МДС. Процессы перемагничивания первого и второго сердечников будут аналогичны, но смещены во времени на полупериод питающего напряжения.