2.9. Магнитный усилитель с самонасыщением

На рис. 2.9, а приведена схема магнитного усилителя с са­монасыщением (self-saturating magnetic amplifier). Этот усили­тель позволяет получить большее усиление и больший к. л. д. по сравнению с рассмотренным выше магнитным усилителем. Уси­литель с самонасыщением известен также как усилитель с внут­ренней обратной связью. Как показано на схеме, последова­тельно с нагрузкой R_н и источником переменного тока включен полупроводниковый диод Дь Здесь вместо трехстержневого применен обычный сердечник, который также характеризуется прямоугольной петлей гистерезиса. Диод производит выпрямле­ние выходного тока (рис. 2.9, б), который состоит в этом слу­чае из однополярных .полуволн переменного тока. Возникаю­щие пульсации в принципе можно сгладить при помощи фильт­ра состоящего из дросселей и конденсаторов, который .мини­мизирует пульсирующую составляющую тока и позволяет та­ким образом получить практически постоянное напряжение на нагрузочном резисторе.

Рис. 2.9. Магнитный усилитель самонасыщающегося типа.

Гистерезисная характеристика магнитного усилителя с по­следовательно включенным в цепь нагрузки диодом показана на рис. 2.9, в. Однонаправленный ток протекает через обмотки L₁ и L₂ только в течение одного полупериода и поэтому насы­щает сердечник только в одном направлении. В те полуперио­ды, когда ток равен нулю, напряженность магнитного поля также равна нулю, а магнитная индукция в сердечнике равна остаточной индукции. В другие полупериоды, по мере того как ток возрастает от куля до максимальной величины, магнитная индукция изменяется от уровня остаточной индукции до состоя­ния насыщения. Сердечник фактически находится все время в насыщенном состоянии, поскольку диод обеспечивает протека­ние тока только в одном направлении, а следовательно, и одно направление магнитного потока. Пиковое значение пульсирую­щего напряжения на нагрузке равно пиковому значению напряжения источника питания, так как реактивное сопротивление обмоток при сердечнике в насыщенном состоянии фактически равно нулю и имеется лишь падение напряжения на малом ак­тивном сопротивлении обмоток.

Если управляющее постоянное напряжение приложено к об­мотке L_y, то оно будет влиять на характеристики сердечника. Если полярность управляющего тока такова, .что последний вызывает магнитную индукцию противоположного направления по сравнению с .индукцией, обусловленной полупериодами тока от источника литания, то магнитная индукция стремится к не­которому уровню, определяемому управляющим постоянным подмагничиванием (подмагничивающим полем) (Рис. 2.9, в). В те полупериоды, когда ток равен нулю, управляющий ток эффективно снижает намагниченность сердечника. Как показа­но на рис. 2.9, в, в эти полупериоды напряженность магнитного поля уменьшается до некоторого отрицательного уровня, соот­ветствующего падающему участку петли гистерезиса. В те по-лупериоды, когда диод находится в состоянии проводимости, ток обмоток L₁ и L₂ компенсирует действие управляющего то­ка и вводит сердечник опять в состояние насыщения.

Для того тобы повторно увеличить индукцию от уровня, соответствующего постоянному подмагничиванию, до уровня насыщения, необходимо, чтобы ток, протекающий через обмот­ки L₁ и L₂, превышал уровень, при котором компенсируется, действие тока постоянного подмагничивания; этот процесс длится определенное время. Так как выходное напряжение остается малым до тех пор, пока не достигается состояния пол­ного насыщения, то в течение необходимого для этого времени всякие изменения выходного напряжения замедляются (рис. 2.9, б), в результате форма выходного напряжения несколько изменяется.

При увеличении постоянного подмагничивания рабочая точ­ка на петле гистерезиса смещается в нижнюю левую часть. Это вызывает увеличение времени перехода в насыщенное состоя­ние. Поэтому подмагничивание можно использовать для регу­лирования выходной мощности путем изменения величины на­пряженности магнитного поля .(создаваемого каждой полувол­ной пульсирующего тока), необходимой для перевода сердеч­ника в состояние положительного насыщения. Достаточно боль­шим уровнем подмагничивания сердечник может быть введен в состояние противоположного насыщения по отношению к насы­щению, вызываемому пульсирующим током. При этом время перемагничивания сердечника максимально. Изменение управ­ляющего .напряжения, а следовательно, и тО:Ка в катушке L_y вызывает соответствующее изменение мощности, передаваемой в нагрузку. Так как изменение выходной мощности значительно больше вызвавшего его изменения входной мощности, то в рас­сматриваемой схеме осуществляется усиление по мощности.

Постоянное ,подмагничивание, создаваемое управляющей обмоткой, определяет величину потока магнитной индукции, который складывается (или вычитается) с потоком, создавае­мым выходными обмотками. Поэтому магнитный усилитель с еамонасыщанием является усилителем с обратной связью.