книги из ГПНТБ / Миловзоров, В. П. Электромагнитные устройства автоматики учебник

«растянут» до 300° (рис. 7.22, в) за счет укорочения управляющего полупериода. Такое устройство позволяет изменять фазу импульса от нуля до 300°, что необходимо для управления тиристорами в трех­ фазных цепях [1.22 и 1.23].

§ 7 .7 . Н Е К О Т О Р Ы Е П Р О М Ы Ш Л Е Н Н Ы Е В И Д Ы

У С И Л И Т Е Л Е Й

Промышленностью выпускается несколько видов магнитных усили­ телей .

В табл. 7.1 приведены технические данные усилителей серии ТУМ (тороидальный усилитель магнитный), выполненных на кольцевых сердечниках из пермаллоя по схеме магнитного усилителя с самонасыіцением с выходом постоянного тока. Усилители имеют несколько обмоток управления и предназначены для работы в системах автомати­ ческого регулирования в качестве входных и выходных усилителей, обеспечивающих усиление и суммирование нескольких управляю­ щих сигналов.

Н а п р я ж е н и е

в каскадных схемах с электромашинными и мощными магнитными уси­ лителями, а также в схемах с ртутными выпрямителями. Усилители серии ТУМ можно также применять в качестве бесконтактных реле.

Выпускаются они в общепромышленном, экспортном и тропическом исполнениях.

170

В табл. 7.2 приведены параметры магнитных усилителей серии УСОБ (усилитель силовой однофазный без обратной связи) общепро­ мышленного применения, выполненных по схеме рис. 2.10, а и пред­ назначенных для работы в схемах автоматического управления и ре­ гулирования при напряжении питания 220 и 380 в переменного тока частотой 50 или 60 гц. Постоянная времени усилителей порядка

0,4 сек.

В табл. 7.3 приведены данные усилителей УСО (усилитель сило­ вой однофазный) с самонасыщением, выполненных по схеме рис. 3.1, в и поставляемых с блоками селеновых или кремниевых выпрямите­ лей. Постоянная времени этих усилителей порядка 0,2 сек. Все уси­ лители имеют три обмотки управления (постоянного тока), одна из которых служит обычно для смещения, вторая — для подачи сигнала управления, а третья может быть использована для управле­ ния или комбинированной обратной связи.

При этом в усилителях мощностью до 100 ква обмотки управления

от 100 до 250 ква только одинаковыми.

Усилители УСОБ ввиду отсутствия выпрямителей более надежны и имеют большую перегрузочную способность по току, чем усилители

,УСО.

Сердечники усилителей УСО и УСОБ представляют собой двухщтержневой П-образный магнитопровод (см. рис. 2.2, а), шихтованный из пластин электротехнической стали Э320 или ЭЗЗО толщиной 0,35 мм.

171

На каждом стержне сердечника насажено по одной катушке рабочей обмотки и по три катушки обмотки управления. Катушки рабочих обмоток, расположенные на одном магнитопроводе, могут быть соеди­ нены между собой с помощью перемычек на выводных зажимах после­ довательно или параллельно в зависимости от напряжения питания и образуют одну обмотку дор. Каждая из обмоток управления состоит из четырех катушек, намотанных на каждом из стержней двух П-образных сердечников и соединенных последовательно.

Магнитные усилители имеют нормальное (УСО), экспортное (УСОЭ) и тропическое (УСОТ) исполнения.

ч а с т ь в т о р а я МАГНИТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЦИФРОВЫХ (ДИСКРЕТНЫХ) УСТРОЙСТВ

Г л а в а VIII

ХАРАКТЕРИСТИКИ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ СХЕМ С ФЕРРОМАГНИТНЫМИ СЕРДЕЧНИКАМИ В ИМПУЛЬСНОМ РЕЖИМЕ РАБОТЫ

§ 8.1. МАГНИТНЫЙ СЕРДЕЧНИК КАК ТЕХНИЧЕСКОЕ СРЕДСТВО РЕАЛИЗАЦИИ ДВОИЧНОЙ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ

Для обработки информации в цифровой форме в системах автома­ тического управления и в вычислительной технике, как известно,

цы (1).

Математические и логические операции производят на основе ал­ гебры логики, предметом рассмотрения которой являются так назы­ ваемые в ы с к а з ы в а н и я .

Под высказыванием понимают утверждение, которое может ока­ заться либо истинным, либо ложным. Следовательно, истинность вы­

то логические операции между ними можно записать математически.

когда истинны все (в данном случае два) простые высказывания. Схему, осуществляющую эту логическую операцию, называют схемой совпа­ дения, где подчеркивается совпадение двух истинных простых выска­ зываний.

173

Логическое умножение представим в виде таблички, где показаны значения истинности сложного высказывания Р в зависимости от значений истинности простых высказываний А и В:

А1

Р = Ä О

Итак, элементы с двумя ярко выраженными состояниями могут быть основой при создании цифровых вычислительных и управляю­ щих машин, работающих по двоичной системе счисления.

Одним из таких элементов является сердечник из ферромагнитно­ го материала, обладающего прямоугольной петлей гистерезиса. При­ менение его основано на свойстве этих материалов сколь угодно дол­

Работа магнитных элементов в машине сводится к запоминанию информации в виде остаточной индукции и тредаче информации в виде электрических импульсов в следующие сердечники или другие элементы.

Исходным состоянием сердечника является —Вг. В случае пере­ дачи (записи) единицы во входную обмотку швх сердечника подается импульс тока, который создает напряженность + # т > Я с, и сер-

174

ив магнитном элементе будет записана единица.

Вслучае передачи нуля импульс либо отсутствует, либо создает во входной обмотке напряженность, соответствующую, например, точке а и недостаточную для перемагничивания сердечника. После

прекращения импульса состояние сердечника определяется точкой b с индукцией, близкой к точке —Вг\ в магнитном Элементе будет за­ писан нуль.

Для считывания (выявления) информации в обмотку считывания Ц’счит подается импульс тока, создающий отрицательную напряжен­ ность— Н т. Если сердечник хранил 1, он перемагнитится от -\-Вг до —В г и в его выходной обмотке наведется относительно большой им­ пульс э. д. с., который и свидетельствует о считанной единице. Дан­ ный импульс может передать или записать эту единицу в нагрузку (обычно другие сердечники устройств). Если сердечник хранил нуль, то его индукция под действием импульса считывания изменится лишь от точки b до —В т, и в выходной обмотке наведется только э. д. с. помехи.

При записи единицы от источника' энергии к нагрузке, которой являются один или несколько сердечников, должна быть передана энергия. Эта энергия передается от выходной обмотки передающего сердечника к входной обмотке воспринимающего сердечника либо че­ рез пассивные цепи связи (обычно с полупроводниковыми диодами), либо через активные цепи с усилительными элементами в цепях свя­ зи (транзисторами). Первые элементы называют м а г н и т о д и о д ­

При создании цифровых вычислительных машин стремятся уве­ личить их быстродействие. Нередко частота передачи информации в цифровых вычислительных машинах достигает нескольких сотен ки­ логерц. С этой частотой под действием импульсов тока или напряжения перемагничиваются сердечники, открываются и запираются диоды и транзисторы.

Далее рассмотрены особенности работы магнитных элементов в им­ пульсном режиме при указанных частотах.

§ 8.2. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ПЕТЛЕЙ ГИСТЕРЕЗИСА

Поведение ферромагнитного сердечника при относительно низкой частоте перемагничивания определяется статической петлей гистере­ зиса. Влияние частоты перемагничивания у ленточных сердечников проявляется в виде расширения петли гистерезиса (§ 1.3) за счет вихревых токов и магнитной вязкости. В ферритовых сердечниках из-за большого электрического сопротивления материала (см. § 1.4) влияние вихревых токов даже при частотах в сотни килогерц, как

175

правило, весьма незначительно и между изменениями индукции и из­ менениями поля наблюдается добавочное по сравнению со статической петлей гистерезиса запаздывание, которое определяется только маг­

нитной вязкостью.

Как указывалось, исследования В. К. Аркадьева и К. М. Полива­ нова показали, что для учета влияния вязкости на процесс перемагни-

Экспериментальные (рис. 8.2, а) и теоретические исследования, проведенные под руководством Ю. М. Шамаева и А. А. Пирогова [41, позволили раскрыть конкретный характер связи между величинами

вфункциональной зависимости (8.1).

Сбольшой группы сердечников из магний-марганцевых ферритов

были сняты осциллограммы (рис. 8.3, б) при ряде значений тока в пе­ ремагничивающей обмотке і (t) и напряжения на измерительной обмотке, которое было достаточно близко к величине э. д. с. {и (() ж

za е (t) = w s~ ^, наводимой в этой обмотке при перемагничивании

сердечника от —В г до + Д т .

Обработка осциллограмм производилась следующим образом. По осциллограмме импульса тока находилась напряженность Н ((), по осциллограмме напряжения определялись зависимость dB/dt ~ f (() и интегрированием этой кривой индукция В (t). Затем для ряда зна­ чений В = const откладывались значения Н и соответствующие им

ствительно определяется лишь мгновенными значениями индукции В и пропорциональна напряженности Н, так как зависимости dB/dt = = /(# ), проведенные через экспериментальные точки, близки к прямым линиям. Для всех других ферритов были получены аналогичные результаты. Перемагничивание ферритов при других формах тока в перемагничивающей обмотке дает результаты, также весьма близ­ кие к рис. 8.3, в.

173

Рис. 8.2. Схема установки для снятия динамических ха­ рактеристик ферромагнитных сердечников (ö):

Рис. 8.3. К выводу уравнения вязкости:

Разность между напряженностью внешнего поля и напряжен­

которое определяет скорость изменения индукции в процессе импульс­ ного перемагничивания.

Однако уравнение (8.2) дает достаточно хорошее совпадение с экс­ периментом лишь при условии Я > Н (ср. рис. 1.8, ей рис. 8.1, а). При Я < Ягр связь между dB/dH и Я не имеет линейного характера; причем Н0 (В) тоже уменьшается и становится функцией не только индукции, но и внешнего поля, т. е. Я0 (В, Я). Последнее можно объ­ яснить как неравномерностью намагничивания кольцевого сердеч­ ника (ср. § 1.3), так и, возможно, другим характером физического процесса перемагничивания при относительно малых полях.

Приведенное динамическое сопротивление, пропорциональное тан­ генсу угла наклона прямых B t = const на рис. 8.3, в, не остается неизменным, а является функцией индукции В. Для раскрытия этой зависимости по экспериментальным данным были построены графики зависимости г (В) в относительных координатах B/Bs и г/гт (рис. 8.3, г). Функцией, удовлетворяющей опытным данным, явилась парабола. (Результаты экспериментов с другими марками ферритов оказались аналогичными.)

Введение параболической зависимости в (8.2) позволило получить у р а в н е н и е д и н а м и ч е с к о г о р а в н о в е с и я , которое в дифференциальной форме описывает процесс перемагничивания фер­ ромагнитных материалов с прямоугольной петлей гистерезиса при

Из уравнения (8.4) были найдены соотношения, имеющие четкий физический смысл и применяющиеся для расчетов цепей с магнитными

Правая часть равенства (8.5), имеющая размерность кулон на метр (к/м), представляет собой приведенный к единице длины средней маг­ нитной линии сердечника заряд, умноженный на число витков обмот­ ки, который, пройдя через обмотку за время t и создав действующее

178

Левая часть уравнения (8.5) может быть сведена к табличному интегралу

(8.7)

Проинтегрировав, получим уравнение процесса перемагничивания с учетом магнитной вязкости в интегральной форме

(8.8)

Отсюда значение индукции, достигнутое в процессе перемагничивания, будет связано с импульсом действующего поля, поступившим к рассматриваемому моменту времени, выражением

(8.9)

Выражение (8.9) можно представить в виде плоской кривой (рис. 8.4, а), которая является наиболее общей и полной характе­ ристикой режима перемагничивания.

Выражения (8.6) и (8.9) показывают связь мгновенных, текущих значений импульса поля и индукции и позволяют анализировать весь процесс. Для многих расчетов достаточно знать интегральные зна­ чения этих величин, усредненные за время полного перемагничивания сердечника от —В Гдо + В г или в обратном направлении. Обозначим это время через т. Иногда за время перемагничивания принимают время т', определяемое по осциллограмме и (/) на уровне О,ШТО(см.

рис. 8.3, б).

Одной из указанных величин является усредненное значение нап­ ряженности Н0, называемое п о р о г о в о й н а п р я ж е н н о с т ь ю (полем старта).

Заметим, что термин «поле старта» для Н0 не совсем удачен. Во-первых, пе-' ремагничивание оказывается возможным в полях Н < Н0, так как Н0, опреде­ ленное графически по рис. 8.4, б, как правило, значительно больше по величине, чем Нс. Во-вторых, этим термином в теории магнетизма называют поле, в котором образуются зародыши домёнов с противоположным направлением вектора на­ магниченности. Причем это поле старта значительно больше так называемого критического поля, которое необходимо для роста уже возникших или имевшихся домёнов с противоположным направлением Js.

179