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

чнвается обмоткой о>_, а нагрузка подключается к обмотке и>вых. Вместо обмотки постоянного тока можно применять постоянный магнит.

Умножители частоты в 4, 6, 8 и 9 раз образуются комбинацией из ряда ступеней утроителей и удвоителей частоты так, чтобы последую­ щая ступень питалась от выхода предыдущей.

Исследования показывают [3.10], что в правильно спроектирован­ ных умножителях можно добиться достаточно высокого к. п. д. при хорошей форме кривой выходного напряжения. Так, к. п. д. учетвернтеля мощностью 1,5 ква равен 70%, а cosq> до0,85. Увосьмеритель при мощности в нагрузке 0,1 ква имеет к. п. д. около 40% и cos q> = = 0,5.

§ 17.3. МАГНИТНЫЕ И ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ФОРМИРОВАТЕЛИ ИМПУЛЬСОВ

Простейшим генератором импульсов для цепей телемеханики яв­ ляется п у л ь с - п а р а, состоящая из двух реле времени (рис. 17.8). При замыкании выключателя В срабатывает реле Р1 и замыкает кон­ такты К 1-2, посылая на выход импульс. Одновременно замыкаются контакты К1-1, включающие обмотку реле Р2. Когда Р2 сработает, разомкнутся контакты К2-1, реле Р1 отпустит и импульс на выходе прекратится. Но, придя в нормальное состояние, контакты К1-1 ра­

рого включен конденсатор Ск. Индуктивность обмотки шос образует с конденсатором Ск контур, в котором за счет энергии сети поддержи­ ваются незатухающие колебания с частотой

2л ~ \/L qc Ск

В результате ток рабочих обмоток частоты /с модулируется часто­ той /к, а в цепи нагрузки после выпрямителя протекают импульсы вы­ прямленного тока, сглаженные фильтрующим конденсатором Сф.

Частота fK импульсов не зависит от частоты питающей сети. Реко­ мендуется соблюдать условие / с ^ 5/к.

Амплитуда пульсаций определяется величиной начальной напря­ женности управления. При напряженностях, близких к нулю или

400

соответствующих режиму короткого замыкания, колебания прекра­ щаются и в нагрузке протекает соответственно либо ток холостого хода, либо ток короткого замыкания.

Для питания систем телеуправления [3.13], работающих от про­ мышленной сети частотой 50 гц или сети 400 гц и построенных на фер­

с о в (рис. 17.10). Он состоит из последовательно включенных нели­ нейного дросселя на сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса и конденсатора С. Параметры схемы подбирают так, чтобы сердечник доводился до насыщения. Тогда в каждый полупериод в течение ка­ кого-то времени сердечник перемагничивается. При этом ток в цепи близок к нулю. При достижении насыщения ток резко возрастает до величины, определяющейся напряжением сети в этот момент времени

и сопротивлением R. В зависи­ мости от полупериода напряжения сети этот импульс тока появляется в Zm или Z Hi.

В следующий полупериод конденсатор заряжается в обратном нап­ равлении, и импульс тока протекает в другой нагрузке.

Магнитные генераторы и формирователи применяют также для пи­ тания цифровых устройств автоматики и вычислительной техники, работающих с частотой в десятки и сотни килогерц. В этом случае получение однополярных тактовых импульсов тока прямоугольной (или близкой к ней) формы и достаточной мощности в условиях одно­ временного питания значительного количества магнитодиодных или магнитотранзисторных ячеек осложняется тем, что индуктивное со­ противление цепи, по которой протекает тактовый импульс, может резко изменяться в зависимости от считываемой информации (соот­

401

Магнитный формирователь импульсов представляет собой простей­ ший магнитный усилитель дроссельного типа, работающий в режиме вынужденного намагничивания. Как указывалось в §2.2 (см. рис. 2.4), в этом режиме форма тока в нагрузке близка к прямоугольной, если соблюдается условие /,, 0,844/из. ср.

Схема формирователя отличается от схемы обычного усилителя тем, что постоянный ток, подаваемый через дроссель L в обмотки управ-

S)

Рис. 17.11. Магнитный формирователь тактовых импуль­ сов

ления (в схеме формирователя они названы обмотками постоянного тока до_), поступает в нагрузку. Дроссель L обеспечивает режим вы­ нужденного намагничивания. Конденсатор С не пропускает постоян­ ный ток в обмотки w„ и в источник переменного напряжения. Допус­ тим, что емкостное сопротивление конденсатора С и сопротивление нагрузки ZH достаточно малы и можно считать, что к обмоткам

и w^ 2 приложено почти целиком синусоидальное напряжение U_При этих допущениях физические процессы в магнитном формирователе характеризуются кривыми, изображенными на рис. 17.11, б и в.

Из основного закона идеального магнитного усилителя [см. фор­ мулу (2.3)] очевидно, что величина импульсов переменного тока в на­ грузке не зависит от сопротивления нагрузки, а определяется только

402

значением постоянного тока в обмотке постоянного тока и отношением чисел витков обмотки постоянного тока и рабочей обмотки (в схеме формирователя она названа обмоткой переменного тока ьдД:

Если количество витков в обмотках одинаково (w^. = до_), то ам­ плитуда импульса переменного тока будет равна величине постоян­ ного тока и в нагрузке будут протекать однополярные импульсы тока /„ с амплитудой, приблизительно равной удвоенному значению по­ стоянного тока /_„.

Длительность т импульсов в нагрузке можно изменять в широких пределах при неизменном периоде Т переменного тока, питающего схему. Для этого достаточно числа витков обмоток постоянного тока

будут различными, а значит, и напряженности переменного поля в по­ ложительный и отрицательный полуперноды будут различными по амплитуде, так как закон равенства напряженностей (2.3) должен сохраняться, если к обмоткам w~ приложено переменное напряжение, уравновешивающее э. д. с. этих обмоток (см. § 2.2 и рис. 2.4).

В то же время, ввиду того что через конденсатор может течь толь­ ко переменный ток, должны быть одинаковы средние значения напря­ женности обмоток и ш_а в положительный и отрицательный полупериоды.

Два указанных условия свидетельствуют о том, что продолжитель­ ность положительного импульса Н^ возрастает, а отрицательного — уменьшается, как показано на рис. 17.11,6. В результате длитель­ ность импульса тока в нагрузке оказывается больше паузы. Изменение длительности положительного и отрицательного импульсов напряжен­ ности приводит к соответствующему перераспределению времени, в течение которого напряжение U^, приложено к той или иной обмотке переменного тока. Это вызывает в свою очередь различия в величинах э. д. с. обмоток, уравновешивающих приложенное напряжение, а зна­ чит, различия в величинах изменения индукции в одном и другом

Если величина напряженности постоянного поля сравнима с коэр­ цитивной силой Нйсердечников, необходимо учитывать, что изменения индукции будут протекать по частным гистерезисным циклам (см.

шины результирующего тока / н в нагрузке (рис. 17.11, в) несуществен­ на для работы магнитных элементов в процессе считывания информа­ ции. «Ступенька» же тока в период паузы может нарушить правиль-

403

ную работу магнитных элементов, так как этот ток, протекая по так­ товой шине, создает дополнительные напряженности, вызывающие помехи в процессе записи информации. Уменьшению «ступеньки» спо­ собствуют увеличение числа витков ш„, снижение длины средней линии сердечника, а также выбор материала с более узкой петлей гистерезиса.

Изложенный процесс работы формирователя соответствует доста­ точно малому относительному значению ZH. При возрастании нагрузки уменьшается сдвиг фаз между импульсом / н и питающим напряжением, а время переднего и заднего фронтов возрастает, придавая импульсу трапецеидальную форму.

К генератору переменного напряжения U необходимому для пи­ тания формирователя, не предъявляется каких-либо особенных тре­ бований. Необходимо лишь, чтобы этот источник давал нужные на-

Рис. 17.12. Формирователь с параллельным соединением транзисторов

пряжение, частоту и обеспечивал заданную мощность. Обычно в ка­ честве генератора применяют ламповые или полупроводниковые ге­ нераторы переменного напряжения; причем форма кривой напряжения не имеет существенного значения.

Формирователи импульсов могут быть выполнены на магнитотран­ зисторных элементах. Простейшим формирователем является МТЯ с подмагничиванием постоянным полем, которое при отсутствии вход­ ных сигналов создает индукцию + В т. При подаче на вход импульса,

будет иметь типичную форму, определяемую коллекторным током ячейки.

Если имеющиеся транзисторы, не могут пропустить нужный ток, то применяют их параллельное соединение. Причем к одному сердеч­ нику не рекомендуется подсоединять более трех-четырех транзисто­ ров, так как возможно замедление перемагничивания сердечника и за­ тягивание переднего фронта выходного импульса. Это объясняется тем, что в начальной стадии перемагничивания намагничивающие силы возникающих базовых токов ослабляют действие намагничи­ вающей силы считывающей обмотки [см. формулу (10.22)1, а коллек-

404

торная обмотка не помогает перемагничивать сердечник, потому что коллекторный ток еще мал.

При большом числе транзисторов целесообразно разбить их на груп­ пы по два-три транзистора на один сердечник и соединить, как пока­ зано на рис. 17.12. На схеме крайняя левая ячейка выполняет роль усилителя выходного импульса, поступающего от задающего генера­ тора. Коллекторный ток этой ячейки поступает в обмотки основных ячеек формирователя.

С каждым транзистором включается отдельное сопротивление R K, ограничивающее ток «своего» транзистора, потому что при общем R l( даже незначительный разброс па­ раметров параллельно включенных транзисторов мог бы привести к неравномерному распределению то­ ка между транзисторами и перегре­ ву отдельных транзисторов.

Обмотки подмагничивання шп подключены через R n к источнику Ек. Мощность задающего генерато­ ра импульсов, которые подаются на вход формирователя, должна быть достаточна для перемагничнвания лишь крайней левой ячейки, а форма импульсов не имеет су­ щественного значения.

В качестве задающего генерато­ ра наряду с ламповыми и полупро­ водниковыми генераторами приме­

няют магнитотранзисторные мультивибраторы. Простейший из них показан на рис. 17.13. В таких мультивибраторах осуществляется настолько сильная ПОС с помощью обмоток wK, что даже небольшое

В т к Вг. За счет указанного изменения индукции в базовой обмотке другого транзистора наводится небольшая э. д. с., подобная э. д. с. помехи заднего фронта (ср. рис. 10.1), и происходит лавинообразный процесс отпирания этого транзистора, сопровождающийся перемагничиванием сердечника в противоположном направлении. Затем процесс повторяется. Период переключений зависит от объема сердечника, тока / ктах и соотношения количества витков обмоток. В небольших пределах частоту можно регулировать, изменяя величину постоянного подмагничивающею поля. Введение ООС с помощью сопротивлений R3, как на рис. 10.6, а и б, ускоряет выход транзисторов из насыще­ ния и увеличивает частоту переключений.

405

Мультивибратор особенно удобен в качестве задающего генератора в двухтактных схемах, так как он выдает поочередно через левый и правый транзисторы импульсы первого и второго тактов.

Основным недостатком подобных генераторов тактовых импульсов является заметная зависимость частоты генерации от температуры ок­ ружающей среды и от разброса параметров транзисторов и сердечни­ ков. Поэтому, если существенна стабильность частоты, вместо них применяют другие типы ламповых и транзисторных генераторов.

406

Q

ЛИТЕРАТУРА

ческих элементов автоматических и телемеханических устройств. Изд-во «Энер­ гия», 1953 и 1965.

7. И о н о в И. П. Магнитные элементы дискретного действия (основы расчета и проектирования). Изд-во «Высшая школа», 1968.

Дополнительная

К п е р в о й ч а с т и

1.1.К и р е н с к и й Л. В. Магнетизм. Изд-во «Наука», 1967.

1.2.Я к о в л е в Н. М. Перемагничивание сердечников магнитных уси­

лителей с самонасыщением. «Известия вузов». Приборостроение, 1969, № 7. 1.3. Г а б л е р М., Г а ш к о в е ц И . и Т о м а н е к Е. Магнитные уси­

лители. Изд-во «Советское радио», 1961.

1.4.П р е о б р а ж е н с к и й А. А. Теория магнетизма, магнитные ма­ териалы и элементы. Изд-во «Высшая школа», 1972.

1.5.Р о з е н б л а т М. А. Магнитные усилители. Изд-во «Советское

1.8.Т и щ е н к о Н. М. Стабильность магнитных усилителей. Изд-во «Энергия», 1964.

1.9.Л ь в о в Е. Л. Магнитные усилители в технике автоматического регу­

напряжения с широким диапазоном регулирования. «Электричество», 1963, № 11.

1.16.Б а м д а с А. М. и Ш а п и р о С. В. Трансформаторы, регулируе­ мые подмагничиванием. Изд-во «Энергия», 1965.

1.17.М и л о в з о р о в а З . И. Методика оптимального расчета магнит­ ных регуляторов. Труды РРТИ, вып. 7, 1966.

жения для цепей переменного тока. Передовой научно-технический и производ­ ственный опыт. Изд. ГОСИНТИ, 1967.

408

1.19. К о р о л е в Г. И., М и л о в з о р о в В. П. Передаточные функции магнитного регулятора напряжения при изменении управляющих напряжений. Труды РРТИ, вып. 12, 1968.

Особенности построения трехфазных магнитно-полупроводниковых схем управ­ ления тиристорами. Труды РРТИ, вып. 24, 1970.

1.23. М и л о в з о р о в В. П., В о л к о в Н. И., Л а ш и н В. А. Регу­ лировочные характеристики трехфазных магнитных усилителей, несимметрич­ ных по длительности рабочих и управляющих интервалов. Труды РРТИ, вып.48,

: 2.1. Б а р д и ж В. В. Магнитные элементы цифровых вычислительных машин. Изд-во «Энергия», 1967.

2.2.Б а л а ш о в Е. П. Проектирование магнитных элементов и устройств электронных вычислительных машин. Изд-во «Высшая школа», 1966.

2.3.Б е л я в с к и й В. Ф. Проектирование магнитно-полупроводнико­ вых элементов автоматики и вычислительной техники. Изд. МИИТ, 1964.

2.4.А в д е е н к о в а Л . М. и К о р о л ь к о в Н . В. Анализ работы и рас­ чет феррит-диодных магнитных элементов. Изд. ВЦ АН СССР, 1962.

2.5. Г у р в и ч Е. И. и Щ у к и н Л. Б. Ферротранзисторные элементы

иих применение в цифровых автоматических устройствах. Госэнергоиздат, 1963.

2.6.Л и с и ц ы н Г. Ф., П а ш у к а н и с Ф. Е. и др. Ферротранзистор­ ные типовые элементы ЭВМ. Сб. «Элементы ЭВМ на полупроводниковых при­ борах». Изд-во «Советское радио», 1969.

2.7.С ы ч е в а М. П. и др. Применение ферритов марок ВТ-1 и К-28 в маг­

нитных оперативных запоминающих устройствах. Изд. ИТМ и ВТ АН СССР, 1958.

2.8.К о б е л е в В. В. Петли гистерезиса одноосных ферромагнитных пле­ нок. Изд. ИТМ и ВТ АН СССР, 1961.

2.9.П р а т т о н М. Тонкие ферромагнитные пленки. Изд-во «Судострое­ ние», 1967.

2.10. К о р о л ь к о в Н. В., М а р ы ш е в а Г. И. Логические элементы ЦВМ на тонких ферромагнитных пленках. Изд-во «Энергия», 1971.

2.11.Р а б к и н Л. И. и др. Ферриты. Изд-во «Энергия», 1968.

2.12.Б о б е к А. и др. Применение ортоферритов в устройствах с исполь­ зованием движения доменных стенок (перевод). «Приборы и системы управле­ ния», 1971, № 8.

«Приборы и системы управления», 1971, № 8.

2.14.П а р ф е н т ь е в А. И. и П у с с э т Л. А. Физические основы маг­ нитной записи звука. Гостехиздат, 1957.

2.15.С ы п ч у к П. П. и др. Магнитная запись в вычислительной технике. Изд. ЦНИИКА, 1958.

2.16.М а к у р о ч к и н В. Г. Магнитная запись в вычислительной тех­ нике. Изд-во «Советское радио», 1968.

2.17.Б а р д и ж В. В. Состояние и тенденции развития магнитных эле­ ментов ЦВМ. Изд. ИТМ и ВТ АН СССР, 197Ö.

2.18.Транзисторы и полупроводниковые диоды. Справочник, Связьиздат

1963.

409