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

Более сложное действие оказывает уменьшение числа витков рабо­ чих обмоток, например с до w2, приводящее к значительному сниже­ нию управляемости (рис. 2.11, г).

нейного» магнитного усилителя.

В зависимости от характера нагрузки (индуктивная или емкост­ ная) векторная диаграмма рабочей цепи примет вид соответственно

Рис. 2.І2. Построение характеристики вход — выход магнит­ ного усилителя со смешанной нагрузкой

Здесь знак «плюс» соответствует индуктивной, а знак «минус» — емкостной составляющей падения напряжения ІІ„ на нагрузке.

Сделав подстановки, аналогичные приведенным в § 2.4, получим

В отличие от предыдущего при расчете усилителя с выходом пере­ менного тока, целесообразнее использовать кривые намагничивания, полученные для действующих значений напряженности переменного

50

поля, так как в подобных схемах важно именно действующее значение тока нагрузки. В этом случае полуоси эллипса

В дополнение к эллипсу строят прямую Оа, учитывающую реактив­ ные падения напряжения на нагрузке UH= Я, Х„, под углом

Г л а в а 111

МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ С ВНЕШНЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ И С САМОНАСЫЩЕНИЕМ

§ 3.1. СПОСОБЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

Высокая стабильность характеристики /~ = / (/у) магнитных уси­ лителей, отмеченная в § 2.2, позволяет вводить положительную обрат­ ную связь, не нарушая устойчивой работы усилителя, в отличие от электронных усилителей, не имеющих такой стабильности. Положи­ тельная обратная связь (ПОС) способствует значительному повышению коэффициента усиления усилителя.

Принцип работы усилителя с ПОС можно пояснить следующим об­ разом. Значение тока управления, необходимое для получения тока в нагрузке, определяется импульсом напряженности Я у (см. рис. 2.7, б), которая должна компенсировать действие напряженности Я^ в том сердечнике, где в рассматриваемый полупериод эти напряженности вычитаются.

Такую компенсацию Я_ можно осуществить и с помощью выход­ ного тока Д,, если его выпрямить и ввести в специальную обмотку обратной связи (ОС) w00 (рис. 3.1, а).

Допустим, что число витков woc лишь на немного меньше числа вит­ ков wp и, следовательно, один и тот же ток, протекая по обмоткам woc и Дор, создает напряженность Я0С1 почти равную напряженности /Д .

51

где знак плюс соответствует положительной, а знак минус —отрица­ тельной обратной связи. Отсюда, считая / ос = / ^ ср и учитывая (2.8), найдем коэффициент усиления по току для положительной обратной связи:

ет увеличению коэффициентов усиления (при идеальных сердечниках и вентилях — до бесконечности), особенно коэффициента усиления по мощности.

Влияние обратной связи на характеристику вход — выход реаль­ ного усилителя, построенную, например, с помощью эллипса нагрузки, показано графически на рис. 3.2, а.

Если масштабы осей одинаковы, то прямая, проведенная под углом

цательной обратной связи (ООС). Из построения видно, что при поло­ жительной связи значительная часть напряженности постоянного по­ ля, необходимой для получения тока в нагрузке, соответствующего точке И, создается напряженностью Я _ос, равной катету AB тре­ угольника ОАВ; напряженность собственно обмотки управления Я у, равная отрезку ВС, может быть достаточно малой. Пропорционально уменьшается и ток управления. При отрицательной связи, чтобы соз­ дать тот же ток в нагрузке, требуется Я у, равная отрезку BD. Ток управления в этом случае должен возрасти, что соответствует сниже­ нию коэффициента усиления.

Характеристикой вход—выход усилителя с ОС может служить та же кривая, что и усилителя без ОС, если за ось ординат принять линию ОС, так как от нее отсчитываются значения напряженности управле­ ния (рис. 3.2, а). Эту характеристику можно перестроить в прямо­ угольную систему координат. Для этого из ряда точек на оси управле­ ния (на рис. 3.2, б показано построение для точек 1 и 2) проводят пря­ мые, параллельные линии ОС до пересечения в точках а и b с характе-

54

ристикой усилителя. Точки пересечения переносят на вертикали, со­ ответствующие точкам 1 и 2. Полученные точки а' и b' являются точ­

характеристика реального усилителя без ОС идет примерно под углом

Рис. 3.2. Влияние обратной связи на характеристику вход —■ выход магнитных усилителей

45° (см. рис. 2.5, д), то линия ОС пройдет заведомо ниже этой характе­ ристики. Перестроенная по указанному методу характеристика уси­

ж и м, т. е. работает как бесконтактное реле, у которого значения то­ ков управления, создающие напряженности ЯОІП и Ясраб, соответству­ ют токам отпускания и срабатывания электромагнитных реле (см. гл. XIV). При изменении тока управления от отрицательных значений к положительным и обратно ток в нагрузке изменяется по кривой 1-2-3-4-5-6-2-1, имея резкие скачки 3-4 и 6-2 (показаны пунктиром).

Характеристика усилителя с ОС по четным гармоникам приведена на рис. 3.2, г, где для сравнения пунктиром показана характеристика усилителя без ОС. Коэффициент усиления по мощности в области ПОС растет с повышением отношения о£с / R oc, где R 00 — активное со-

55

жительных токах управления ток нагрузки растет, а при отрицате­ льных— снижается.

Для регулировки k oc в усилителях с самонасыщением тоже применяют не­ большую дополнительную обмотку внешней обратной связи, шунтированную сопротивлением (рис. 3.3, г). Напряженность поля этой обмотки может быть направлена либо согласно, либо навстречу напряженности поля внутренней свя­ зи, создавая соответственно k 0c >■ 1 или k oc < 1. Протекающий по обмотке w 00 выпрямленный ток нагрузки создает напряженность в оба полупериода и тем самым удваивает эффект действия этой обмотки по сравнению с рабочими обмот­ ками, в каждой из которых течет лишь однополупериодный ток. Поэтому общий коэффициент ОС данной схемы

В схеме с такой комбинированной связью обычно применяют смещение. Коэффициент ОС можно регулировать, шунтируя диоды (см. пунктир на

схеме рис. 3.3, г). Однако такой прием позволяет только уменьшать коэффициент ОС

Характеристика вход — выход усилителей с выходом постоянного тока, показанных на рис. 3.3, при чисто активной нагрузке не отличается от подобной

при работе усилителя на обмотку управления следующего каскада магнитного усилителя или обмотку электромагнитного механизма), то на участках перехода питающего напряжения через нуль э. д. с. самоиндукции нагрузки, открывая вентили, может создавать дополнительный ток нагрузки, протекающий (как пока­ зывают стрелки на рис. 3.3, а иг) только по обмотке w o c , минуя обмотки w p . По­ этому напряженность Я_ос будет возрастать и может превысить напряженность Н ^ср рабочих обмоток, в результате чего в характеристике вход —выход могут

появиться релейные участки (рис. 3.3, б). Шунтирование такой нагрузки емкостью, на которую замыкаются указанные токи самоиндукции, предотвра­ щает это явление и улучшает линейность характеристик.

§3.3. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ

СВНЕШНЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Экспериментальные исследования показывают, что инерционность магнитных усилителей в основном определяется отставанием во вре­ мени управляющего тока от напряжения на обмотке управления; от­ ставанием же среднего за полупериод значения тока в нагрузке от сред­ него значения тока управления в этот же полупериод можно пренебречь. Поэтому все соотношения, полученные для статического режима ра­ боты, и в частности формулы (2.9), (3.4), (3.6), можно считать справед­ ливыми для динамического режима.

Рассмотрим схему рис. 3.1, а, предполагая, что рассеяние отсут­ ствует, а сопротивление цепи управления весьма мало, и оперируя со средними за полупериод значениями токов и напряжений.

Для переходного процесса в цепи управления можно записать

(3.9)

где В0 — постоянная составляющая индукции каждого из двух сер­ дечников, охватываемых обмоткой управления.

57

По мере роста / у в переходном режиме растет и ß„. На рис. 3.4 по­ казано изменение кривых индукции для трех значений тока / у, соот­ ветствующих кривой первого сердечника Вх на рис. 2.7, д. Согласно 3.4 индукция В0, вычисленная как средняя за период, связана с пол­ ным изменением индукции АВ выражением

Подставив в (3.9) значение В0 и учтя, что производная от постоян­ ной величины Bs равна нулю, по­ лучим

где Rz — R н + 2RP + R пс + 2Ra, т. е. равно сумме активных со­ противлений нагрузки, двух рабочих обмоток, обмотки обратной свя­ зи и двух открытых вентилей в противоположных плечах выпрями­ тельного моста.

Подставив в него ср из формулы (3.4) и введя для реальных уси­ лителей к. п. д. рабочей цепи

дифференциальное уравнение после несложных преобразований мож­ но привести к виду

58

или

где постоянная времени Т с учетом выражения (3.6)

Подставляя вместо kP пос его значение, выраженное через коэф­ фициент усиления по напряжению ки,

получим для постоянной времени другое выражение

Уравнение (3.13), выведенное для цепи управления, справедливо

идля тока нагрузки в соответствии со сделанным в начале этого пара­ графа замечанием о связи переходных процессов в цепях управления

ипеременного тока. Умножив обе части уравнения (3.13) на коэф­

приложенного к обмотке управления магнитного усилителя, ток в на­ грузке изменяется по экспоненте.

В теории автоматического регулирования динамические свойства элементов принято характеризовать п е р е д а т о ч н о й ф у н к ­

При нулевых начальных условиях уравнение (3.16) в операторной

БѲ