§ 26.2. Магнитные модуляторы с выходным переменным током основной частоты

В качестве магнитного модулятора с выходным переменным током Основной частоты (т. е. равной частоте источника питания) можно использовать любую из рассмотренных в гл. 24 схем двухтактных магнитных усилителей: дифференциальную, мостовую или транс­форматорную .

Выбор между той или иной схемой делается в зависимости от мощности управляющего сигнала и необходимого коэффициента усиления по напряжению.

Очевидно, что 'наибольший коэффициент усиления можно по­лучить в трансформаторной схеме за счет: выпоЯйбнйя йторнчиой обмотки с большим числом витков, т. е. как бы с помощью повы­шающего трансформатора. Однако при атом возникают прежде все­го чисто технологические трудности с намоткой большого числа витков на небольшом сердечнике маломощного магнитного усили­теля. А кроме того, останется меньше пространства для размещения обмотки управления. Вообще доказано, что мощность управления Р_у связана с площадью окна Q_y для обмотки управления обратно пропорциональной зависимостью. Чем меньше площадь окна Q_r тем большая потребуется мощность управления для создания необ­ходимой напряженности магнитного поля в сердечнике. Поэтому трансформаторную схему двухтактного магнитного усилителя реаль­но применяют для магнитных модуляторов при Р_у > 10~⁸ Вт. При ме­ньших значениях Р_у (до Ш~¹⁴ Вт) используют мостовую и дифферен­циальную схемы как более чувствительные.

Для получения необходимого коэффициента усиленная по на­ пряжению используется отдельный выходной трансформатор Тр2, как это показано ца,рис. 26.1. Для балансировки нуля используется резистор Rp, с движка, которого подается напряжение на лервичную обмотку Тр2. Сопротивление R^ выбирается примерно равным со­ противлению рабочих обмоток w_p. ,

§ 26,3. Магнитные модуляторы с выходным переменным током удвоенной частоты

При рассмотрении процессов, проходящих в идеальном магнитном усилителе, отмечалось, что ток управления можно представить как сумму постоянной и переменной составляющих, причем перемен­ная составляющая изменяется с частотой, вдвое превышающей час­тоту питания. Если постоянная составляющая обусловлена управля­ющим сигналом /_у, то переменная составляющая возникает вследст­вие трансформации тока из цепи нагрузки. Трансформируемая из рабочей обмотки ЭДС двойной частоты имеет фазу, которая при пе­ремене полярности управляющего сигнала меняется на 180°. При снятии управляющего сигнала (/_у = 0) ЭДС двойной частоты пропа­дает. Таким образом, единственной причиной появления ЭДС двойной частоты является подача входного сигнала на усилитель. Заметим, что какие-либо другие причины (неидентичность сердеч­ников, например) не могут привести к возникновению ЭДС двой­ной частоты при питании усилителя синусоидальным напряжением.

Эффект появления ЭДС двойной частоты и используется в маг-Ийтных модуляторах с выходным переменным током удвоенной ча­стоты (рис. 26.2).

Обмотка управления ш_у в схемах таких модуляторов использует­ся как для подачи входного сигнала £/_вх, так и для снятия выходного сигнала {/„ых- ЭДС двойной частоты выделяется с помощью выход­ного трансформатора Тр. Первичная обмотка этого трансформатора может подключаться параллельно обмотке управления ш_у (рис. 26.2, а) или последовательно с ней (рис. 26.2, 6). В обоих слу­чаях фаза выходного напряжения U_VbK изменяется на 180° при изме­нении полярности U_m, т. е. схемы являются реверсивными. В схеме с параллельным соединением обмоток (рис. 26.2, а) постоянный ток не поступает в первичную обмотку выходного (обычно повышаю­щего) трансформатора Тр. Путь постоянной составляющей тока

преграждает конденсатрр С. Напомним, что емкостное сопротивле­ние Х_с = 1/(соС), т. е. для постоянной составляющей (со = 0) емкост­ное сопротивление стремится к бесконечности. Дроссель L (индук­тивное сопротивление X_L — к>Ь) имеет очень малое сопротивление для сигнала постоянного тока, а для тока двойной частоты пред­ставляет большое сопротивление. Поэтому дроссель L препятствует прохождению тока двойной частоты через источник входного сиг­нала (например, датчик). Как правило, стремятся избежать обратно­го воздействия последующего элемента в системе автоматики на предыдущий (за исключением тех случаев, когда специально созда­ются обратные связи).

В схеме с последовательным соединением обмоток (рис. 26.2, 6) конденсатор С шунтирует источник входного сигнала, поэтому-ток двойной частоты замыкается через этот конденсатор, не попадая в источник входного сигнала. Специальный дроссель для обеспечения режима вынужденного подмагничивания в этой схеме не требуется. Его роль играет первичная обмотка трансформатора Тр.

Конденсатор С и дроссель L в схемах магнитного модулятора с выходом на удвоенной частоте играют роль фильтра. Для получения высокой чувствительности и точности преобразования приходится использовать фильтры на выходе и входе. Поэтому модуляторы с выходным током удвоенной частоты оказываются сложнее модуля­торов с выходным током основной частоты. Кроме того, они по­требляют большую мощность, имеют низкий КПД и небольшой ко­эффициент усиления. Главное их достоинство — высокая чувстви­тельность: они способны воспринимать управляющие сигналы мощностью всего лишь в 10~¹⁷—10~" Вт (при использовании высо­кокачественных магнитных материалов).

Более простые схемы имеют магнитные модуляторы с выход­ным током удвоенной частоты со взаимно перпендикулярными об­мотками. На рис, 26.3 приведены конструктивная (я) и электриче­ская (б) схемы такого модулятора. Кольцевой сердечник модулятора состоит из двух одинаковых половинок (одна из них показана на рис. 26.3, в) с кольцевым пазом. Рабочая обмотка w_p изготовлена в виде кольца и уложена в этот паз. Затем обе половинки сердечника соединяются, причем соприкасающиеся поверхности их тщательно шлифуются для уменьшения магнитного сопротивления. Обмотка управления ш_у равномерно наматывается по всей длине сердечника.

Рабочая обмотка ш_р создает поперечное магнитное поле, замы­кающееся в пределах периметра поперечного сечения сердечника. Обмотка управления ш_р создает продольное магнитное поле, замы-каюЧцеебя по окружности сердечника. Пути потоков Ф_р и Ф_у показа-

ны на рис. 26.3, г пунктиром. Так как эти потоки имеют разные пути, то между обмотками ш_р и w_y отсутствует трансформаторная связь. Следовательно, никакие изменения поперечного потока Ф_р не могут наводить ЭДС в обмотке ю_у, а ЭДС двойной частоты на выхо­де возникает лишь при появлении входного сигнала (Z7_m).

Обмотка ш_у является одновременно и выходной, с нее снимает­ся напряжение U_Bax.

Периодическое изменение индуктивности обмотки управления ш_у создается за счет изменения магнитной проницаемости сердеч­ника в продольном направлении магнитным потоком Ф_у. При насы­щении сердечника поперечным полем (магнитный поток Ф_р) эта проницаемость значительно уменьшается. Насыщение сердечника происходит дважды за период питания обмотки w_p. Если на обмотку ш_у будет подано постоянное входное напряжение U_m, то ток в этой обмотке будет изменяться соответственно изменению насыщения сердечника, т. е. будет содержать переменную составляющую удво­енной частоты питания 2/

Такая схема может не иметь фильтров в цепи питания и на вы­ходе, поскольку значительно уменьшаются паразитные наводки. Кроме того, она обеспечивает более высокую стабильность нуля. Нижний предел мощности сигнала управления для такой схемы со­ставляет 10~¹⁴ Вт при уровне входного сигнала лорядка 10 мкВ.