§ 22.3. Основные схемы и параметры нереверсивных магнитных усилителей

Проследим пути магнитных потоков в обоих сердечниках магнитно­го усилителя, изображенного на рис. 22.7. Магнитные потоки об­мотки управления Ф_у в соседних стержнях направлены в одну сторо­ну (согласно), а магнитные потоки рабочей обмотки Ф — в проти­воположные стороны (встречно). Поэтому обмотку управления можно выполнять не в виде двух секций (по одной на каждом сер­дечнике), а общей — охватывающей стержни обоих сердечников (рис. 22.8, а). ЭДС, наведенные переменными магнитными потока­ми Ф~ в секциях рабочей обмотки, расположенных на крайних стер­жнях, взаимно компенсируются. Возможно и выполнение магнит-

ных усилителей на Ш-образном сердечнике (рис. 22.8, б). Секции рабочей обмотки наматываются на крайних стержнях, а обмотка управления — на среднем стержне. В этом случае в среднем стержне происходит компенсация переменного потока Ф~, поскольку потоки от каждой секции рабочей обмотки направлены в среднем стержне навстречу друг другу и равны по величине. Поэтому выходной сиг­нал не будет влиять на входной.

Нет принципиальной разницы между выполнением магнитного усилителя на одном Ш-образном или на двух сердечниках. Поэтому при дальнейшем рассмотрении будем изображать только схемы сое­динения обмоток, отмечая при необходимости согласное и встреч­ное включения секций обмоток с помощью точек, указывающих на­чало обмотки.

В зависимости от соединения секций рабочей обмотки и нагруз­ки различают схемы с последовательной и параллельной нагрузкой. На рис. 22.7 и 22.8 нагрузка включается последовательно с рабочей обмоткой. Диаграммы ЭДС для такой схемы показаны на рис. 22.9. Ток нагрузки в этом случае будет синусоидален, поскольку при не­изменном входном сигнале в каждом из полупериодов питающего напряжения рабочий поток одной секции складывается с потоком управления, а рабочий поток другой секции вычитается из потока управления. Поэтому общая индуктивность L_p рабочей обмотки бу­дет постоянна при неизменном входном сигнале. Мгновенное зна­чение тока нагрузки

При неизменном входном сигнале все -сопротивления неизмен­ны и ток имеет синусоидальную форму.

Синусоидальный ток рабочей обмотки создает в сердечнике си­нусоидальную напряженность поля Я_р, что, в свою очередь, приво­дит к несинусоидальному потоку. Кривая изменения индукции в одном периоде получена графически на рис. 22.9, а. Как видно из диаграмм мгновенных значений (рис. 22.9, б, в), ЭДС, создаваемые

несинусоидальными потоками разных секций рабочей обмотки в обмотке управления, не уничтожаются полностью. Это приводит к пояштению в обмотке управления ЭДС двойной частоты 2» (рис. 22.9, г). В тех случаях, когда наличие ЭДС двойной частоты в цепи управления нежелательно, предпочтение следует отдать парал­лельному соединению секций рабочей обмотки.

При параллельном соединении секций рабочей обмотки (рис. 22.10, а) в каждой из них протекает несинусоидальный ток, содержащий четные гармоники (рис. 22.10, б, в). Однако ток нагруз-

ки, представляющий собой сумму токов секций, близок к синусо­идальному (рис. 22.10, г). Это объясняется тем, что четные гармони­ки тока циркулируют в короткозамкнутом контуре, образованном секциями рабочей обмотки, и не выходят в цепь нагрузки. Наличие короткозамкнутого контура в цепи рабочей обмотки приводит к уменьшению быстродействия по сравнению с последовательным со­единением секций рабочей обмотки.

Схема магнитного усилителя, в которой нагрузка включена па­раллельно секциям рабочей обмотки, соединенным встречно, пока­зана на рис. 22.11. Для поддержания неизменным тока питания ис­пользуется достаточно большое добавочное сопротивление R_a. В за­висимости от входного сигнала происходит перераспределение токов между нагрузкой и рабочей обмоткой. При отсутствии управ­ляющего сигнала (7_у = 0) индуктивное сопротивление рабочей об­мотки Х_р максимально, вследствие чего в рабочую обмотку ответ­вляется незначительный ток. При этом ток в нагрузке имеет макси­мальное значение. По мере увеличения входного сигнала индуктивное сопротивление рабочей обмотки уменьшается, а ток в ней возрастает, что приводит к уменьшению тока нагрузки.

Аналогично происходит изменение тока в нагрузке в так назы­ваемой трансформаторной схеме (рис. 22.12). Здесь помимо секций обмотки ш_р1, включенных встречно через добавочное сопротивление /?_д на напряжение источника питания t/_, имеется обмотка ш_р2, пи­тающая нагрузку R_H. Такая схема позволяет изолировать цепь на­грузки от цепи питания и получать на нагрузке практически любое напряжение, отличное от напряжения питания. Ток в нагрузке за-

висит от коэффициента трансформации обмоток, под которым в данном случае понимается отношение напряжений на обмотках ш_р1 и w_p2- Этот коэффициент не остается постоянным, как в обычном трансформаторе, а зависит от сигнала управления, изменяющего магнитную проницаемость. При отсутствии управляющего сигнала (7_у = 0) магнитная проницаемость и индуктивность обмоток имеют максимальное значение и падение напряжения на этих обмотках ве­лико. Коэффициент трансформации будет максимален, и соответст­венно ток нагрузки /_н имеет максимальное значение. При увеличе­нии входного сигнала индуктивность обмотки w_p2 уменьшается. Со­ответственно уменьшаются коэффициент трансформации, напряжение на обмотке ш_р2 и ток нагрузки /_н.

Схема с параллельным соединением нагрузки (рис. 22.11) при­меняется чаще всего тогда, когда имеется источник тока, например в схемах автоматики, питаемых от трансформаторов тока. Примене­ние источника напряжения и использование добавочного сопротив­ления R^ экономически невыгодно из-за больших потерь в этом со­противлении. Трансформаторные магнитные усилители с парал­лельной нагрузкой широко используют как элементы реверсивных схем магнитных усилителей (см. гл. 24).

Все рассмотренные схемы магнитных усилителей (см. рис. 22.7—22.12) питали нагрузку переменным током. При необхо­димости питать нагрузку постоянным током используются выпря­мительные схемы. В качестве примера включения нагрузки посто­янного тока на рис. 22.13, а приведена схема с последовательным включением выпрямительного моста и нагрузки. Магнитный усили­тель с выходным постоянным током может использовать и двухпо-лупериодную схему на двух диодах и трансформаторе с выводом от средней точки вторичной обмотки (рис. 22.13, б).