§ 22.4. Основные характеристики магнитных усилителей

Основной характеристикой магнитного усилителя является зависимость действу­ющего или среднего значения тока в на­грузке от тока управления: /_н=/(/_у). Гра­фическое изображение такой зависимости называется статической характеристикой вход-выход. Для всех рассмотренных выше схем магнитных усилителей зависимость магнитной проницаемости и индуктивно­сти рабочей обмотки от тока управления показана на рис. 22.14. При отсутствии управляющего сигнала (/_у = 0) эти величи­ны имеют максимальное значение. Если подадим в обмотку управления постоян­ный ток /_у, то в сердечнике создается постоянный магнитный по­ток, накладывающийся на переменный поток, созданный рабочей обмоткой. По мере увеличения входного сигнала /_у из-за нелиней­ности характеристики намагничивания происходит насыщение сер­дечника.

Это приводит к уменьшению магнитной проницаемости ц, а следовательно, и индуктивности рабочей обмотки L_p. Направление (полярность) тока управления не влияет на ц и L_p. Вид статической характеристики вход-выход зависит от того, как включена нагрузка: последовательно или параллельно рабочей обмотке.

На рис. 22.15, а показана статическая характеристика для схем магнитных усилителей (см. рис. 22.7, 22.8, 22.10, 22.13). Здесь-/„ — ток холостого хода усилителя (подмагничивающее поле отсутству-

ет), /_к — максимальный ток. В идеальном усилителе при отсутствии входного сигнала (/_у = 0) должен быть равен нулю и выходной сиг­нал (/„ = 0). Однако из-за того, что при /_н = 0 магнитная проницае­мость и индуктивность рабочей обмотки не равны бесконечности, через нагрузку протекает небольшой ток холостого хода /_н = /₀. По мере увеличения входного сигнала (тока управления) растет выход­ной сигнал (ток нагрузки), но из-за насыщения сердечника этот рост ограничен некоторым максимальным током /_н = /_к. Отношение максимального тока к току холостого хода называется коэффициен­том кратности тока К= /_к / /₀ — это один из параметров усилите­ля. Чем больше этот коэффициент, тем лучше усилитель.

Наряду с коэффициентом кратности тока магнитный усилитель характеризуется следующими параметрами: коэффициентом усиле­ния, чувствительностью, максимальной мощностью в нагрузке, КПД рабочей цепи, постоянной времени, добротностью.

Рассмотрим коротко эти параметры. Коэффициент усиления — это отношение приращения тока, напряжения или мощности в нагрузке к приращению соответствующего параметра в цепи управления.

Коэффициент усиления по току

Поскольку статическая характеристика магнитного усилителя нелинейна, коэффициенты усиления по току, напряжению и мощ­ности не являются постоянными величинами. Поэтому различают максимальные значения k,, k_v, k_p и их значения, соответствующие заданной выходной мощности усилителя.

Магнитные усилители по сравнению с другими типами усилите­лей обладают таким существенным преимуществом, как высокая стабильность во времени параметров и статической характеристики. Имея практически неограниченный срок службы, магнитные усили­тели не требуют регламентных работ и могут использоваться во взрыво- или пожароопасных условиях, а также при наличии радио­активного излучения.

Максимальная мощность магнитных усилителей достигает сотен киловатт. Например, на Московском трансформаторном заводе еще в 1933 г. были изготовлены магнитные усилители мощностью 800 кВт для автоматического регулирования частоты вращения мощного асинхронного двигателя. Коэффициент усиления по мощности 100-ваттного магнитного усилителя при частоте питания 50 Гц обычно составляет 50—200. Для более мощных усилителей этот ко­эффициент увеличивается.

КПД простейших нереверсивных магнитных усилителей обычно лежит в пределах от 0,6 до 0,98. Коэффициент кратности магнитных усилителей в значительной степени зависит от материала сердечни­ка. Для магнитных усилителей с сердечниками из трансформатор­ной стали .£=5-^40, а с сердечниками из сплавов высокой магнит­ной проницаемости К- 100-^200.

Минимальное значение усиливаемой мощности составляет 10"⁴—10'¹ Вт для сердечников из трансформаторной стали и 10"⁸—10"⁶ Вт для сердечников из сплавов высокой проницаемости.

Статическая характеристика вход-выход магнитных усилителей с параллельным включением нагрузки (рис. 22.11) имеет вид, пока­занный на рис. 22.15, 6. Она обратна характеристике усилителя с последовательной нагрузкой. Действительно, при управляющем сиг­нале /_у = 0 индуктивность L_p рабочей обмотки будет максимальной и, следовательно, ток в нагрузке /„ будет иметь наибольшее значе­ние. С ростом входного сигнала ток в нагрузке /_н уменьшается, так как все большая часть тока питания ответвляется в рабочую обмот­ку, индуктивное сопротивление которой уменьшается.