2. Магнитные усилители

Работа магнитных усилителей основана на особенностях свойств ферромагнитных материалов. Если по обмотке, расположенной на сердечнике, идет ток, то индуцированное им магнитное поле,характеризуемое напряженностью Н, взаимодействует с атомами материала сердечника и вызывает намагничивание сердечника, магнитный поток и магнитную индукцию В. На электромагнит­ные процессы влияет не сама напряженность магнитного поля Н, а результат его взаимодействия с материалом сердечника — маг­нитная индукции В, которая может быть больше или меньше Н. Другими словами, магнитное поле может усиливаться или ослаб­ляться средой в зависимости от ее свойств.

Отношение приращения индукции В к приращению напряжен­ности магнитного поля Н называется абсолютной магнитной про­ницаемостью материала μо = ΔВ/ΔН и составляет для ферромагне­тиков десятки тысяч. В случае небольшой напряженности поля Н магнитная проницаемость постоянна и В = μоН.

Принято считать, что материал достиг состояния насыщения при напряженности насыщения Н_s и индукции насыщения B_s, когда с ростом Н не происходит роста В, а μа = ΔВ/ΔН = 0, что объясняется исчерпанностью возможности материала реагировать на усиление поля. Кривая зависимости магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н для ферромагнетиков имеет вид характеристики с петлей гистерезиса (см. рис. 3.2, д), где Х и У соответствуют Н и В. При уменьшении Н до нуля и росте в обратном направлении кривая В(Н) пройдет чуть левее за счет остаточных явлений в материале сердечника, при обратном изме­нении Н— аналогично, но правее.

Схема простейшего магнитного усилителя представлена на рис. 3.33, а. Магнитный усилитель состоит из двух дросселей / и II, охваченных обмоткой подмагничивания 2. Обмотки 1 и 3 перемен­ного тока обоих дросселей намотаны на сердечники так, что пе­ременные магнитные потоки внутри обмотки постоянного тока 2 имеют противоположные направления и компенсируют друг друга, не вызывая в обмотке 2 переменной ЭДС. Входной величиной уси­лителя является напряжение Е на обмотке подмагничивания 2, выходной величиной является переменный ток /_н в обмотках 1 и 3 и нагрузке R_H и напряжение

где

— переменный ток;

R₁ R₂ — активные сопротивления обмоток 1 и 2, ω — частота пе­ременного напряжения U;L₁ и L₂ — индуктивности обмоток 1 и 2. При росте тока подмагничивания возрастет постоянное маг­нитное поле, материал сердечника приближается к состоянию насыщения, его магнитная проницаемость μ₀ уменьшается. Ин­дуктивности L₁ и 1₂ и реактивное сопротивление Z₁=L₁ω₁),,

Рис. 4.3. Магнитный усилитель: 1 — 3 — обмотки

Z₂ = L₂ω₂ дросселей 1, 2 в цепи переменного тока определяются как геометрией обмоток 1, 2, так и магнитной проницаемостью сердечников μ₀, которая зависит от тока подмагничивания I_y в обмотке 3. Чем больше I_y (рис. 4.3, б), тем меньше μ_о сердечников, тем меньше индуктивности L₁, и L₂ и реактивные солротивления Z₁, Z₂ дросселей и тем больше ток нагрузки І_н.

На рис. 4.3, в показана характеристика рассмотренного магнитного усилителя. Затрачивая небольшую мощность на ток подмагничивания І_у, можно управлять значительной мощностью и током нагрузки I_н.

Так как коэффициент усиления магнитного усилителя по току: k_і = І_K/І_y определяется реактивным сопротивлением дросселем которое зависит от частоты переменного напряжения U, увеличение частоты с 50 до 500 Гц приводит к увеличению коэффициен­та усиления в 2 — 4 раза. Мощность магнитных усилителей дости­гает сотен киловатт при коэффициенте усиления 50...200 и КПД 0,6...0,98. Магнитные усилители нашли широкое применение в устройствах автоматики благодаря своей простоте и надежности. Главным недостатком усилителей этого типа является их инерци­онность, связанная с большой индуктивностью управляющей об­мотки.