12. Магнитный усилитель

Магнитный усилитель — это электромагнитное устройство, работа которого основана на использовании нелинейных магнитных свойств ферромагнитных материалов и предназначенное для усиления или преобразования электрических сигналов. Применяется в системах автоматического регулирования, управления и контроля^.

Дроссельный магнитный усилитель Работа магнитного усилителя основана на нелинейности характеристики намагничивания магнитопровода. На крайних стержнях магнитного усилителя находится рабочая обмотка, которая состоит из двух катушек, соединённых последовательно и встречно. Встречное включение рабочих обмоток необходимо для того, чтобы суммарная ЭДС в обмотке управления, наводимая от рабочей обмотки была равна нулю. На среднем стержне размещается обмотка управления из большого количества витков W=. Если ток в неё не подаётся, а к рабочей обмотке, соединённой последовательно с нагрузкой, подведено переменное напряжение U~, то из-за малого количества витков W~ магнитопровод не насыщается, и почти всё напряжение падает на реактивном сопротивлении рабочих обмоток Z~. На нагрузке в этом случае выделяется малаямощность. Если теперь пропустить по обмотке управления ток Iу, то даже при небольшом его значении (из-за большого W=), возникает насыщение магнитопровода. В результате реактивное сопротивление рабочей обмотки резко уменьшается, а величина тока в цепи — увеличивается. Таким образом, посредством малых сигналов в обмотке управления можно управлять значительной величиной мощности в рабочей цепи магнитного усилителя. В простейшем случае магнитный усилитель — это управляемая постоянным током катушка индуктивности, которая включается в цепьпеременного токапоследовательно с сопротивлением нагрузки. При большойиндуктивноститок в последовательной цепи где включена нагрузка маленький, будучи ограниченреактивным сопротивлениемкатушки, при малой индуктивности катушки её реактивное сопротивление мало и ток в последовательной цепи и в нагрузке большой.

Магнитный усилитель с самонасыщением Включение в цепь выходной обмотки полупроводниковых вентилей — диодов приводит к насыщению сердечника, поскольку по обмоткам будет протекать ток одного направления, а в моменты спадания намагничивающего тока в сердечнике будет присутствовать остаточная намагниченность. Управляющая обмотка создаёт поле, которое размагничивает сердечник.

 Электрическая машина, предназначенная для усиления мощности подаваемого на обмоткувозбуждения сигнала за счёт энергии первичного двигателя (обычно электрического). ЭМУ применяют всистемах автоматического управления и регулирования; выпускаются на мощности от долей вт до десятковквт с коэффициентом усиления (отношение мощности на выходе к мощности на входе) 10⁴10⁵Небольшое изменение мощности, подводимой в цепь возбуждения, вызывает во много раз большееизменение мощности, отдаваемой ЭМУ. Различают ЭМУ продольного поля (с одной ступенью усиления) иЭМУ поперечного поля (с двумя ступенями). Наиболее распространены ЭМУ поперечного поля (рис.).Такой ЭМУ представляет собой генератор постоянного тока, обычно двухполюсный с двумя парами щётокна коллекторе. На полюсах статора расположены одна или несколько обмоток возбуждения, чащеназываемые обмотками управления (ОУ). При подаче в ОУ сигнала, подлежащего усилению, она создаётмагнитный поток Ф₁, направленный вдоль оси d—d. В обмотке якоря наводится эдс, которая достигаетнаибольшего значения на щётках а—а и равна нулю на щётках b—b. Т. к. якорь замкнут накоротко щётками а—а, то даже при незначительной эдс в цепи (обмотке) якоря возникает достаточно большой ток I_a,обусловливающий увеличение мощности сигнала (первая ступень усиления). Этот ток создаёт сильноепоперечное магнитное поле (магнитный поток Ф_аq). При вращении якоря в поперечном поле на щётках b—b,связанных с внешней цепью, появляется напряжение U₂. В результате этого во внешней цепи возникаетбольшой ток I₂, обусловливающий большую выходную мощность (вторая ступень усиления). Дополнительнаяобмотка, называется компенсационной, создаёт намагничивающую силу F_ko, равную F_ad, устраняяискажение сигнала.

      

        Принципиальная схема включения электромашинного усилителя поперечного поля: 1 и 2 — щёткиякоря; ОУ — обмотка управления; КО — компенсационная обмотка; Ф1 — магнитный поток по оси d — d;Фаq — магнитный поток поперечного поля; U1 и I1 — напряжение и ток в обмотке управления; U2 и I2 —напряжение и ток на выходе; Fad и Fko  намагничивающие силы якоря и компенсационной обмотки

13. Гидравлические и пневматические усилители.

Гидравлические и с пневматические усилители имеют одинаковый принцип действия, т.к. в обоих случаях используются одни и те же законы физики, но в первом случае в качестве промежуточного носителя энергии используется жидкость, например, масло. Золотниковый гидравлический усилитель, рис.11.6, состоит из золотниковой пары: втулки со щелями, внутри которой перемещается золотник. В зависимости от назначения применяют одно-, двух и че- тырехщелевые золотниковые пары, изготовленные с высокой точностью. В пневматических усилителях золотниковые пары работают без смазки при малом зазоре между золотником и втулкой. Шток золотника 5 является управляющим – он соединен с ручной или автоматической системой управления. Шток силового цилиндра 7 соединен с рабочим органом.

Золотниковый гидравлический усилитель: 1,2 – пружины; 3- золотниковый цилиндр; 4- силовые цилиндры; 5- шток золотника; 6- каналы сообщения; 7- шток силового цилиндра; X- входное перемещение штока золотника; Y- выходное перемещение силового цилиндра; L1, L2- рычаги

Принцип действия гидравлического усилителя заключается в том, что под действием внешнего гидронасоса в золотниковом и силовом цилиндре существует одинаковое давление Po . Площадь силового цилиндра Sc намного больше площади золотникового цилиндра Sz, поэтому для перемещения золотника требуется намного меньше усилий, например движением кисти руки, чем развиваемое при этом усилие на конце штока цилиндра. В исходном положении под воздействием пружин 1 и 2 полностью перекрыты соединительные каналы между золотниковым 3 и силовым цилиндрами. В золотник 3 постоянно поступает из вне жидкость под давлением Po. При перемещении Х, например, влево, штока 5 золотника открываются каналы 6, и жидкость под давлением Po поступает в левую полость силового цилиндра 4 и вытесняется из его правой части. При этом давление P1 превысит давление P2 , и шток 7 силового цилиндра будет перемещаться вправо. При изменении направления движения золотника изменяется также направление перемещения поршня силового цилиндра. Чтобы движение силового цилиндра точнее повторяло входное перемещение золотника, используют жесткую обратную связь в виде рычага длиной L1 + L2 , концы которого соединены с золотниковым цилиндром и штоком поршня силового цилиндра. Входное перемещение штока золотника будет вызывать движение поршня силового цилиндра и цилиндра золотника до тех пор, пока каналы не будут перекрыты и шток силового цилиндра не остановится в определенном положении Y, задаваемом положением штока золотника X. Коэффициент усиления гидравлических усилителей достигает десятков тысяч, пневматических – меньше. Гидравлические усилители отличаются большими – до нескольких сотен тонн усилий, пневматические могут развивать усилия до нескольких тонн. Быстродействие гидравлических усилителей выше за счет большей плотности жидкости, чем воздуха.