6.3. Двухполупериодные схемы мус.

Однополупериодная схема (рис.6) практически не применяется из-за следующих недостатков:

1. Для ограничения наведенных в обмотке управления токов необходим балластный дроссель, наличие которого ухудшает выходные параметры МУС.

2. Прохождение рабочего тока лишь в течение одного полупериода уменьшает мощность нагрузки.

3. Схема пригодна для питания нагрузки только выпрямленным током.

Рис. 6. Схема однополупериодного МУС

На рис. 7 изображены двухполупериодные мостовые схемы усилителя с нагрузкой на постоянном и переменном токе. При полярности вторичной обмотки питающего трансформатора, обозначенной на рис. 7, а, в верхнем усилителе МУС 1 имеет место рабочий полупериод, а в нижнем МУС 11 — полупериод управления. В следующем полупериоде МУС 11 будет находиться в рабочем полупериоде, а МУС1 — в полупериоде управления.

Рис. 7. Магнитный усилитель с самонасыщением: а — динамическая петля гистерезиса;

При большом сопротивлении в цепи управления переменная составляющая напряжения, наведенная на обмотках w_y обмотками w_р, создает малый переменный ток, которым можно пренебречь. Тогда по цепи управления протекает только ток I_у. Такой режим работы МУС называется режимом вынужденного намагничивания. В этом случае условия работы каждого МУС аналогичны рассмотренным ранее.

Обычно сопротивление цепи управления мало и для компенсации наводимых на обмотках w_y ЭДС начала и концы обмоток должны соединяться, так, как показано на рис 8. Две обмотки управления могут быть заменены одной. При этом для схемы 8, а необходимо изменить направление включения рабочих обмоток w_p (рис. 8).

Рис. 8. Схемы двухполупериодного МУС с общей обмоткой управления

6.4. Параметры мус

Статические параметры

а) Крутизна характеристики управления. Для МУС характерна зависимость выходного напряжения Up только от ∆B_у:

U_р=U-2fw_pS∆B_y (6.4.1)

U_n= ηU_p=η(U-2fω_pS∆B_y).

Напряжение на нагрузке

Изменение индукции ∆B определяется током управления I_у. Как видно из (6.4.1), выходное напряжение U_p не зависит от сопротивления рабочей цепи, и при данном токе управления МУС является управляемым источником напряжения. Если R_н R_в+r_p , то U мало зависит от сопротивления нагрузки.

Характеристикой управления МУС называется зависимость выходного напряжения от тока управления U_p(I_y) или напряжения на нагрузке от тока управления U_н(I_y).

Крутизна характеристики управления:

Подставляя в это выражение Uв получаем:

.

Но .

Следовательно,

Производная характеризует наклон кривой размагничивания магнитопровода МУС и условно может определяться эквивалентной магнитной проницаемостью размагничивания Введем понятие индуктивного сопротивления размагничивания:

Тогда имеем:

,

Таким образом:

.

б) Коэффициент усиления МУС. Коэффициент усиления по току

Коэффициент усиления по напряжению:

.

Коэффициент усиления по мощности:

Динамические параметры

в) Запаздывание. Под запаздыванием понимается выдержка времени между моментом скачкообразного изменения тока управления до момента появления тока нагрузки, соответствующего этому новому значению I_y в установившемся режиме. Простейший однополупериодный МУС с большим сопротивлением цепи управления R_y имеет малую постоянную времени, так как последняя обратно пропорциональна R_y. Однако, даже если постоянная времени очень мала, МУС имеет запаздывание. На рис. 9, а и б показано изменение напряжения на нагрузке при подаче управляющего сигнала в начале рабочего РП и управляющего УП полупериодов.

Пусть напряжению управления U_n1 соответствуют индукция В_y1 управляющего поля и напряжение U_н1 на нагрузке (рис. 9, а). Насыщение магнитопровода происходит в момент t_s1. При уменьшении отрицательного напряжения управления до значения UY2 на нагрузке должно установиться напряжение ия2. Насыщение магнитопровода происходит в момент ts2. Значение напряжения на нагрузке определяется значением В_у в начале второго РП В течение РП МУС неуправляем. Поэтому если напряжение управления изменилось до значения U_y2 в начале РП (рис. 9, а), то соответствующее ему значение В_y2 установится только во втором полупериоде. В третьем полупериоде установится новое напряжение на нагрузке U_н2, соответствующее U_y2.

Рис. 9. Эффект запаздывания в МУС:

а—напряжение управления изменилось в начале РП; б — напряжение управления изменилось в начале УП; в, г — изменение среднего значения напряжения на нагрузке МУС при подаче отрицательного (в) и положительного (г) сигналов управления

Если напряжение Uyt появится в начале УП (рис. 9, б), то новое значение напряжения U_н2 на нагрузке установится во втором полупериоде. Таким образом, даже в идеальном случае, когда , МУС имеет запаздывание, которое может достигать 1—1,5 периода частоты питания. В двухполупериодном МУС запаздывание уменьшается до 0,5—1 периода. Такие усилители называются быстродействующими. Повышая частоту питания до 500—1000 Гц, можно получить очень малую инерционность усилителя.

г) Постоянная времени, добротность. Если сопротивление R_y цепи управления велико, то мощность управления увеличивается и k_p падает. Для повышения k_p и k_u сопротивление R_y необходимо уменьшать. При малом R_y процесс перехода от одного стационарного режима к другому резко замедляется. Зависимость сохраняется и для переходного режима МУС, но ток управления i_y, определяющий напряженность поля H_y, а следовательно, и значение ∆В_y, нарастает медленно. Скорость нарастания t_y определяется индуктивностью цепи управления L_y. Для цепи управления можно написать

или

Где

Решение этого уравнения представляет собой экспоненту. При подаче на вход напряжения ∆U_y ток управления меняется по закону

.

Переходный процесс в МУС с учетом запаздывания показан на рис. 9, е. До появления напряжения управления ∆U_y в нагрузке протекал максимальный ток при напряжении и U_н = U_н.нас. После подачи ∆U < 0 отрицательный ток управления нарастает по экспоненте. При этом увеличивается ∆U_y, a U_н падает по экспоненте с запаздыванием в один полупериод. На рис. 9, г показано изменение напряжения на нагрузке при уменьшении отрицательного напряжения управления (∆U_y > 0). Постоянная времени Т_у определяется крутизной k_R статической характеристики управления U_H = f(I_y) и связана с параметрами МУС уравнением

.

С ростом коэффициентов усиления увеличивается k_R, а следовательно, и постоянная времени Т_у. Для оценки быстродействия МУС вводится понятие добротности D=k_p/T_y. Чем больше добротность D, тем меньше постоянная времени Т_у и тем выше быстродействие МУС.

Воспользовавшись предыдущей формулой, получим

.

В переходном режиме МУС можно представить инерционным звеном первого порядка, аналогичного цепи R, L, включенной на источник напряжения. Задача переходного режима решается в операторной форме

где ∆U_н(р) —приращение напряжения на нагрузке в операторной форме; ∆U_y(р)—соответствующее ему приращение напряжения на входе; Т/2 — время запаздывания, которое можно принять равным 1/(2f).