лабораторная работа / Исследование мощного однотактного магнитного усилителя

Лабораторная работа 1.

Исследование мощного однотактного магнитного усилителя.

Основные понятия.

Н ереверсивный магнитный усилитель (дроссель насыщения) является простейшим электромагнитным усилителем мощности. Принцип действия такого магнитного усилителя (МУ) можно рассмотреть на примере рис.1.

Рис.1

Дроссель содержит 2 обмотки: рабочую (сетевую) с индуктивностью Lp и управляющую с индуктивностью Ly, Uc – напряжение питания МУ, I_~ - рабочий ток (ток в нагрузке Rн), Uвых = I_~*Rн - выходное напряжение МУ, ₌Uвх – управляющее входное напряжение МУ.

Рабочая обмотка питается переменным напряжением, управляющая – постоянным напряжением. Из электротехники известно, что при подмагничивании сердечника дросселя постоянным магнитным полем магнитная проницаемость стали сердечника µ_с уменьшается (рис. 2а).

Рис.2

Запишем уравнение равновесия для рабочей обмотки

~,

где - частота питающей сети

R_p – активное сопротивление рабочей обмотки.

Отсюда, ,

где W_p – число витков рабочей обмотки

s, l – соответственно площадь поперечного сечения и длина магнитопровода. Из полученного видно, что падение с ростом I₌ ведет к росту I_~ при постоянстве остальных параметров и соответствующему росту Uвых=I_~*Rн.

На рис.2б показана статическая характеристика МУ.

Коэффициент усиления по току на линейном участке

Если построить аналогично статическую характеристику ~Uвых = f(U₌) , то можно будет получить коэффициент усиления по напряжению

Произведение Ku*Ki=Kp даст коэффициент усиления МУ по мощности. МУ по схеме рис.1 имеет существенный недостаток – в управляющей обмотке наводится переменная ЭДС от рабочей обмотки. Для устранения влияния переменной ЭДС на источник используется заградительный дроссель ДР с большой индуктивностью.

На практике для устранения этого недостатка используют двухстержневую схему (рис.3), в которой управляющая обмотка состоит из 2-х встречно включенных полуобмоток с полной компенсацией наведенной ЭДС.

Рис.3

Таким образом принцип действия МУ может быть сформулирован так: малый по мощности управляющий сигнал постоянного тока перераспределяет мощное сетевое напряжение между сетевой обмоткой и нагрузочным сопротивлением.

Теоретическая формула для расчета статической характеристики МУ, изображенного на рис.3 выведена из теории идеального МУ в

где Wy – число витков управляющей обмотки.

Лабораторная работа 2.

Исследование мощного однотактного магнитного

усилителя с внутренней обратной связью.

Основные понятия.

М агнитный усилитель с внутренней обратной связью (МУ ВОС) применяется при автоматизации ПТМ и СДИ, когда необходимо иметь повышенные значения коэффициентов усиления по току, напряжению и мощности, а также смещаемую начальную рабочую точку статической характеристики. Принцип действия МУ ВОС можно рассмотреть на примере рис.4.

Рис.4

Как видно из схемы МУ ВОС отличается от дроссельного МУ наличием диода Д в цепи сетевой рабочей обмотки и дополнительной обмотки смещения с индуктивностью Lсм. Включение диода Д приводит к тому, что через рабочую обмотку проходит только одна полуволна питающего синусоидального напряжения. Среднее значение за период I_~ уже не будет равным нулю как в дроссельном МУ. А это означает, что рабочая обмотка является источником постоянного подмагничивания сердечника, т.е. создает подмагничивающее поле за счет внутренней обратной связи (чем больше I_~ тем больше подмагничивание). Полярность тока подмагничивания зависит от направления включения диода Д. Таким образом начальная рабочая точка А МУ ВОС смещается либо влево, либо вправо по оси I₌ по сравнению с дроссельным МУ .

Если крутизна статической характеристики дроссельного МУ одинакова и на левой и на правой ветвях, то МУ ВОС имеет более крутую правую ветвь (ток подмагничивания создает поле, совпадающее с полем от управляющей обмотки) и имеет крутую по сравнению с дроссельным МУ левую ветвь (ток подмагничивания создает поле, противонаправленное управляющему полю).

Поскольку МУ ВОС имеет принципиально смещенную статическую характеристику, то установление начального выходного тока Iнач (при I₌ = 0). (рис.5).

Рис.5

Коэффициент усиления по току МУ ВОС также как и в дроссельном МУ определяется из линейного участка статической характеристики

Из рис.5 видно, что Ki правой ветви больше, чем левой. На практике используется более крутая ветвь статической характеристики и 2 сердечника для устранения наводок от рабочей обмотки в обмотках управления и смещения. Для расчета теоретических коэффициентов усиления МУ ВОС по току Ki, напряжению Ku и мощности Kp на крутой ветви статической характеристики используют формулы:

где f – частота тока сети; Lp, Rp – индуктивность и активное сопротивление рабочей обмотки; Wy, Wp – число витков управляющей и рабочей обмоток соответственно; Ry – активное сопротивление управляющей обмотки; Rд, n – прямое сопротивление диодов и их последовательно соединенных соответственно.