2. Электромеханические и магнитные усилители

Электромеханические усилители выполняют в виде электромашинных усилителей (ЭМУ) или электромагнитных реле.

Электромашинные усилители — специальные электрические ге­нераторы постоянного тока, выходная мощность которых регули­руется путем изменения мощности управления. Конструктивно электромашинные усилители выполняют в виде установки, в кор­пусе которой располагаются асинхронный электродвигатель и генератор.

Электромашинные усилители допускают значительные форси­ровки по току и по напряжению, имеют малую мощность управ­ления и хорошее быстродействие.

Однако электромашинные усилители имеют невысокую надеж­ность из-за наличия подвижных контактов между щетками и коллектором, создают большие помехи для работы радиоаппара­туры, имеют относительно большие размеры и массу.

В электромагнитных реле получаемый управляющий сигнал подают на каТушку, в результате чего замыкаются контакты, способные пропускать ток большей мощности. Усилители подоб­ного типа позволяют увеличивать энергию входного сигнала в 1000 раз, существенно упростить схему управления и повысить ее стабильность по отношению к изменениям температуры окру­жающей среды. Они получили широкое распространение в систе­мах автоматического регулирования (стабилизации) температуры термических и плавильных печей.

Магнитные усилители представляют собой электромагнитное устройство, в котором связь выхода и входа осуществляется через магнитное поле. В основу принципа его действия положена нели­нейная зависимость магнитной проницаемости ферромагнитных материалов от напряженности постоянного подмагничивающего поля, созданного или изменяемого входным сигналом.

Магнитные усилители подразделяют на простые и с самонасы- щением. У первых по рабочем обмоткам протекает только пере­менный ток, а в усилителях второй группы по рабочим обмоткам протекает ток, содержащий постоянную составляющую.

Основными параметрами магнитных усилителей являются ха­рактеристики управления, т. е. взаимосвязь между установив­шимися значениями входной и выходной величин, например между рабочим током нагрузки и током управления.

Простейший магнитный усилитель — усилитель дроссельного типа (рис. 13, а). Он представляет собой катушку индуктив­ности 1 с ферромагнитным магнитопроводом 2 и дополнительной управляющей обмоткой 3. Нагрузка усилителя /?_н включена последовательно с рабочей обмоткой, питание которой осуще­ствляется переменным током и_о.

При изменении входного напряжения С/_вх будет изменяться подмагничивающее постоянное поле и магнитная проницаемость ;х ферромагнитного магнитопровода, а следовательно, и индуктив­ность рабочей обмотки. В результате будет меняться ток выход­ной цепи.

Таким образом, устройство магнитных усилителей основано на использовании непостоянства магнитной проницаемости ферро­магнетика, т. е. нелинейности индуктивного сопротивления дрос­селя.

Входное напряжение £/_вх может меняться не только по ам­плитуде, но и по знаку. Необходимо лишь, чтобы частота вход- кого напряжения была значительно (в 5—10 раз) меньше частоты источника питания 1/₀. Тогда интенсивность входного сигнала будет определять амплитуду тока в цепи нагрузки и изменение входного сигнала во времени будет соответствовать изменению огибающих этих амплитуд. Таким образом, магнитный усилитель одновременно является модулятором, преобразующим сколь угодно медленно меняющееся напряжение на входе в изменения огиба­ющих выходного напряжения.

Рассмотренная простейшая схема дроссельного магнитного усилителя практически не применяется, так как переменный ток, протекающий по рабочей обмотке, наводит ЭДС в управляющей обмотке. Наведенный ток попадает в цепь датчика сигнала и иска­жает его характеристику.

Отмеченный недостаток устраняется, если применить схему (рис. 13, б) с двумя магнитно не связанными между собой дроссе­лями, обмотки которых соединены так, как показано на рисунке. Если входная обмотка 3 намагничивает оба магнитопровода в одном направлении, то выходная обмотка — в разных. Благо­даря этому взаимно компенсируются ЭДС, наведенные во вход­ных обмотках. '

Трехстержневая схема магнитопровода приведена на рис. 13, в. В этом случае во входной обмотке также не будет наводиться ЭДС трансформации, так как соответствующие составляющие переменного потока взаимно уничтожаются и будут отсутствовать в среднем стержне. Рассмотренная схема находит применение благодаря удобству изготовления и возможности размещения большого числа витков.

С повышением частоты источника питания размеры магнитных усилителей уменьшаются, но одновременно растут потери в фер­ромагнетике и увеличивается магнитный поверхностный эффект.

В целом магнитные усилители являются надежными элемен­тами автоматики, к достоинствам которых следует отнести высо­кую прочность при практически неограниченном сроке службы, а также в отличие от электронных ламповых усилителей мгновен­ную готовность к действию. Удобно и суммирование сигналов в магнитном усилителе, для этого достаточно иметь соответству­ющее число входных обмоток. Магнитные усилители нечувстви­тельны к радиоактивным излучениям. Недостатки магнитных усилителей — сравнительно большая масса и значительная инер­ционность, обусловленная заметным количеством энергии, .запа­саемой в магнитном поле дросселя.