4 курс (заочка) / Лекции / Лекция 3

полупериод трансформаторы А и Б поменяются местами (трансформатор А будет размагничиваться, а трансформатор Б намагничиваться), но процессы, происходящие в них, будут аналогичны рассмотренным (рассматривается установившийся режим работы МУ, для которого ВуА = В = ВуБ). Следовательно, МУ идентичен ключу между нагрузкой Rн и источником питания U1. Момент замыкания этого ключа соответствует моменту насыщения одного из магнитопроводов. Понятно, что любое изменение Uy приведет к тому, что значение индукции в конце полупериода для одного трансформатора не будет равным значению индукции в начале полупериода для другого трансформатора и в результате изменится по окончании переходного процесса значение угла а и ток нагрузки (среднее его значение). Отличительной особенностью рассмотренного МУ является отсутствие постоянной составляющей в токе рабочих обмоток. Подобные МУ называются дроссельными (ДМУ). Из принципа действия ДМУ следует, что на интервалах полупериода, когда материал одного из трансформаторов насыщен, справедливо соотношение in p = iy y, являющееся основным уравнением ДМУ. Это уравнение остается справедливым во всем диапазоне изменения угла насыщения а от 0 до . Угол а, равный л, соответствует работе ДМУ при Uy = 0, когда материал ни одного из магнитопроводов не достигнет насыщения (рассматривается случай, когда Вm Bs). Угол , равный 0, соответствует работе ДМУ при больших значениях Uy Uymax, когда материал обоих магнитопроводов не выходит из насыщения и через нагрузку протекает максимально возможный ток.

Основное уравнение ДМУ справедливо не только для мгновенных значений, но и для средних за полупериод значений токов.

Зависимость 1н от тока управления /у в статическом (установившемся) режиме работы ДМУ называют характеристикой управления. Часто эту характеристику строят не в функции Iy, а в функции приведенного к рабочей цепи тока управления I'у = Iy y/ p (рис. 3.6). Наклон характеристики управления на линейном участке 0—1 определяет коэффициент усиления по току КI, который согласно (3.7) зависит только от отношения чисел витков обмоток,

Коэффициент усиления по мощности ДМУ

оказывается тем больше, чем меньше сопротивление цепи управления, приведенное к рабочей обмотке, по отношению к сопротивлению нагрузки. Физически это объясняется тем обстоятельством, что для обеспечения установившегося режима работы ДМУ необходимо, чтобы напряжение Uy, вводимое в цепь управления, компенсировало падение напряжения на сопротивления Ry за счет тока Iy, трансформируемого из рабочей цепи в цепь управления, т. е. необходимо, чтобы IyRy = Uy. Следовательно, увеличение Ry приводит к

необходимости увеличивать Uy, а в результате растут потери мощности в цепи управления. Из равенства IyRy = Uy и соотношения (3.7) следует, что Iн = U'y/R'y. Изменение полярности напряжения Uy приведет только к тому, что по окончании переходного процесса магнитная индукция в насыщающемся трансформаторе будет достигать значения —Bs, а не +Bs. Процессы же в ДМУ останутся без изменения. Следовательно, характеристика управления будет симметрична относительно оси ординат (рис. 3.6). При Вт >= Bs характеристика управления выходит из начала ко-

ординат. Если Ucp > 2Es = 8 pfSстBs, то при изменении Uy от 0 до некоторого значения Uyo < Uуmах, на каждом полупериоде изменения U1 появятся интервалы,

когда материал обоих магнитопроводов насыщен, и следовательно, ток нагрузки не зависит от Uy. Перенасыщение ДМУ (увеличение U1cp свыше 2Es) сужает диапазон регулирования тока нагрузки (пунктирная кривая 2—2'—1'—1 на рис. 3.6). Характеристика управления реального ДМУ (рис. 3.7) отличается от рис. 3.6 тем, что при Iу = 0 через рабочую цепь ДМУ протекает небольшой ток (ток холостого хода Iн.х.х)- Это объясняется тем, что

Рис. 3.6. Характеристика управления идеального ДМУ Рис. 3.7. Характеристика управления реального ДМУ

магнитная проницаемость материала на ненасыщенных участках реальной кривой намагничивания конечна. Кроме того, обмотки ДМУ обладают активным и индуктивным сопротивлениями. Поэтому Iнmах< < U1cp/Rн. Однако ввиду малости

Iн.х.х<Iнmах и возможности обеспечения I'нmах Iнmax = U1cp/Rн характеристика рис. 3.7 близка к характеристике рис. 3.6 идеального ДМУ.

Достоинством ДМУ является малая чувствительность КI к изменению напряжения и частоты сети, сопротивления нагрузки и свойств материала магнитопровода. Изменение, например, напряжения сети или ее частоты изменяет Вm и соответственно диапазон регулирования (в случае перенасыщения ДМУ), но не влияет на коэффициент усиления.

Если ДМУ имеет несколько обмоток управления, то в интервале насыщения одного из трансформаторов ( — ) ДМУ аналогичен трансформатору с несколькими вторичными обмотками. Из теории трансформаторов следует, что все

эти вторичные обмотки после их приведения к рабочей цепи оказываются включенными параллельно друг другу. Поэтому под R'y в условии R'y < Rн следует понимать результирующее сопротивление всех обмоток управления. Практически достаточно выполнения неравенства R'y/Rн < 1, чтобы ДМУ работал в режиме, рассмотренном выше. Характеристики управления ДМУ, представленные на рис. 3.6 и 3.7, останутся без изменения и в случае нескольких цепей управления. Только по оси абсцисс следует откладывать суммарную МДС всех обмоток управления, деленную на число витков рабочей обмотки.

3.3. Обратная связь в магнитном усилителе

Повышение коэффициента усиления ДМУ может быть обеспечено увеличением числа витков его обмотки управления. Однако при этом будет увеличиваться и ЭДС, индуцируемая в этой обмотке, что может оказаться опасным для ее изоляции. Кроме того, увеличение Wy повышает инерционность ДМУ.

Рис. 3.8. Схема ДМУ с внешней обратной связью

Из теории ДМУ следует, что для увеличения его коэффициента усиления по току (а следовательно, и по мощности при заданном Ry) необходимо ослабить или полностью исключить трансформацию электрической энергии из рабочей цепи в цепь управления. Это можно обеспечить двояко. Либо с помощью дополнительной обмотки, через которую протекает ток нагрузки в направлении, обеспечивающем получение МДС этой обмотки, совпадающей по направлению с МДС обмотки управления. Такой способ повышения коэффициента усиления ДМУ носит название внешней обратной связи (рис. 3.8). Либо с помощью вентилей, которые обеспечивают отключение в каждый полупериод рабочей обмотки ненасыщенного трансформатора от сети переменного тока, т. е. тем самым исключается трансформация электрической энергии из рабочей цепи в цепь управления. Дроссельный МУ, использующий этот способ повышения коэффициента усиления, называется МУ с внутренней обратной связью или МУ с самоподмагничиванием (рис. 3.9). Для ДМУ с внешней обратной связью основное уравнение примет вид

Если через обмотку обратной связи протекает весь ток нагрузки, т. е.

где Кос = Wос/Wр — коэффициент обратной связи. Характеристики ДМУ с внешней обратной связью при различных значениях Кос представлены на рис. 3.10.

Рис. 3.9. Схема МУ с внутренней обратной связью

Рис. 3.10. Характеристики ДМУ с внешней обратной связью при различных значениях Кос

Рис. 3.11. Характеристика управления МУ с внутренней обратной связью

Принцип действия ДМУ, выполненного по схеме рис. 3.9, заключается в следующем. При полярности Ui, указанной на рис. 3.9, рабочая обмотка трансформатора А подключена к Ui и индукция повышается от некоторого ВуА до Bs. На этом интервале

вобмотке управления Wy трансформатора А индуцируется ЭДС. Эта ЭДС через источник Uy и Ry оказывается приложенной к обмотке управления трансформатора Б

внаправлении, обеспечивающем уменьшение магнитной индукции. Энергию, необходимую для размагничивания трансформатора Б, поставляет трансформатор А, т. е. через его рабочую обмотку протекает удвоенное значение тока холостого хода трансформатора. После насыщения магнитопровода трансформатора А ни в одной из обмоток МУ ЭДС не индуцируется до окончания рассматриваемого полупериода и

через нагрузку протекает ток, определяемый практически Ui и Rн. Рабочая же обмотка ненасыщенного трансформатора Б отключена от Ui вентилем VD2. Для рассматриваемого МУ при Iу = 0 через нагрузку протекает максимальный ток, так как материал магнитопровода обоих трансформаторов будет насыщен. При больших

Uy в тот полупериод, когда намагничивается трансформатор А, индукция в трансформаторе Б быстрее достигнет насыщения (— Bs) вследствие чего трансформатор А окажется в режиме короткого замыкания и из его рабочей цепи в цепь управления будет трансформироваться энергия. Следовательно, МУ с внутренней обратной связью превратится в ранее рассмотренный ДМУ. Характеристика управления МУ рис. 3.9 представлена на рис. 3.11. Рабочим участком характеристики является участок между —I'уmax и — I'уmin.

3.4. Устройство магнитного усилителя

Однофазные МУ, как правило, выполняются на двух магнитопроводах, что позволяет работать при малом сопротивлении цепи управления. На каждом из магнитопроводов располагается своя рабочая обмотка. Обмотка управления может быть индивидуальной для каждого магнитопровода или общей для двух. С общей обмоткой управления МУ более компактен и при одном и том же числе витков Wу обладает меньшим сопротивлением цепи управления. Для уменьшения потоков рассеяния рабочие обмотки помещаются на расположенных рядом стержнях магнитопроводов, а обмотки (обмотка) управления охватывают эти стержни вместе с

рабочими обмотками. Как и трансформатор, МУ могут быть выполнены на магнитопроводах стержневого, броневого или тороидального типа. Для изготовления магнитопроводов МУ применяются те же материалы, что и для магнитопроводов трансформаторов. Для обеспечения больших коэффициентов усиления при малых габаритах МУ материал магнитопровода должен обладать по возможности большей индукцией насыщения Bs, большой динамической магнитной проницаемостью Mд, малой коэрцитивной силой и малыми удельными потерями.

Контрольные вопросы к главе 3 « Электрические реакторы и магнитные усилители».

1. Электрические реакторы и их применение.

2.Простейший магнитный усилитель.

3.Устройство и принцип действия дроссельного магнитного усилителя на двух

магнитопроводах.

4.Основное уравнение дроссельного магнитного усилителя. Характеристики управления идеального и реального магнитного усилителя.

5.Дроссельный магнитный усилитель с внешней обратной связью.

6.Дроссельный магнитный усилитель с внутренней обратной связью.