§ 22.6, Инерционность идеального магнитного усилителя

Изменение напряжения на нагрузке магнитного усилителя отстает от изменения входного сигнала f/_y, т. е. усилитель обладает некото­рой инерционностью. Инерционность магнитного усилителя опре­деляется переходным процессом в цепи управления, вихревыми то­ками и потерями на гистерезис в сердечниках, переходным процес­сом в цепи переменного тока.

Вихревые токи и потери на гистерезис вызывают отставание по­стоянной составляющей индукции от напряженности поля подмаг-ничивания. Однако применение для сердечников тонких листов из железоникелевых сплавов позволяет свести потери на гистерезис и вихревые токи практически к нулю. Поэтому в большинстве случаев замедлением процесса, вызванным вихревыми токами и гистерези­сом, можно пренебречь.

У большинства магнитных усилителей время переходного про­цесса в цепи нагрузки во много раз меньше длительности процесса в цепи управления. Поэтому считают, что инерционность всего уси­лителя определяется только постоянной времени цепи управления.

При подаче напряжения на обмотку управления постоянная со­ставляющая тока не сразу достигает установившегося значения.

Если в выражении для Г_у заменить отношение витков через ко­эффициенты усилений, а отношение сопротивлений — через КПД, то после несложных преобразований постоянную времени цепи управления можно представить как

Для оценки качества усилителя в переходном режиме вводится понятие о его добротности. Добротность равна отношению коэффи­циента усиления по мощности к постоянной времени, т. е.

Следовательно, при ц = const добротность не зависит от пара­метров обмоток, нагрузки и мощности и определяется только часто­той напряжения источника питания. Из выражения (22.21) видно, что при заданных/и ц увеличение коэффициента усиления по мощ­ности вызывает пропорциональное возрастание Т_г Поэтому прак­тически добротность усилителя повышают путем увеличения часто­ты напряжения питания.

Постоянную времени цепи управления можно значительно уме­ньшить за счет снижения kp. Однако это не даст возможность бес­предельно уменьшать запаздывание усилителя в целом, так как в этом случае необходимо учитывать запаздывание рабочей цепи пе­ременного тока. Так как время переходного процесса в рабочей цепи составляет 0,5—1 периода питания, то длительность переход­ного процесса в усилителе в целом не может быть меньше этой ве­личины. При /= 50 Гц время переходного процесса не может быть меньше 0,01—0,02 с. Следовательно, действенным средством умень­шения инерционности магнитного усилителя является повышение частоты напряжения питания.

Если в усилителе кроме обмоток управления и рабочих имеется еще ряд обмоток, то каждая из них создает свой замкнутый контур, который замедляет изменение управляющего потока. Результирую­щая постоянная времени приближенно равна сумме постоянных врЫеНи всех обмоток управления и смещения.

§.11Л, Графоаналитический способ построения статической .характеристики магнитного усилителя

t - > i • • ,11»

При рассмотрении физических процессов в магнитных усилителях видно, что рабочие точки двух сердечников, в один и тот же момент времени находятся на различных участках кривой намагничивания Когда один сердечник насыщен, другой находится в ненасыщенном состоянии, и наоборот. При расчете усилителя значительно удобнее иметь единую эквивалентную кривую намагничивания, на которой рабочая точка была бы общей для обоих сердечников и полностью характеризовала работу и состояние усилителя. Такой эквивалент­ной кривой является кривая одновременного намагничивания мате­риала сердечников постоянным и переменным магнитными полями. В расчетной практике широко распространен графоаналитиче­ский способ построения статических характеристик, основанный на теории линеаризованного магнитного усилителя. При этом исполь­зуются экспериментально снятые характеристики одновременного намагничивания материала сердечника переменным и постоянным полями B=f(H; Н₌). Здесь В и Н— индукция и напряженность пе­ременного магнитного поля, а Н. — напряженность постоянного магнитного поля. Семейство характеристик В =f(H', /О приведено на рис. 22.19. На форму кривых этого семейства оказывает влияние не только материал сердечника, но и наличие воздушных зазоров и полей рассеяния, частота питающей сети, форма и размеры сердеч­ника, схема соединения обмоток w_p, величина сопротивления управляющей цепи. Все указанные факторы автоматически учиты­ваются при экспериментальном снятии семейства кривых намагни­чивания. Поэтому нельзя характери­стики, снятые для одного типа сер­дечника, использовать при расчете усилителя, имеющего другой сердеч­ник.

Формула для определения индукций справедлива для синусо­идальных В и £р. Поэтому при ее использовании осуществляется линеаризация, переходят к эквивалентным синусоидам ЭДС и тока в рабочей цепи.

Для усилителя с выходным постоянным током используются ха­рактеристики В_ы =/(Нф Я_). Здесь Н^ определяется по среднему значению рабочего тока /_ср, а В_м = -J2 В.

Рассмотрим порядок построения статической характеристики линеаризованного усилителя с выходным переменным током. Для цепи переменного тока усилителя, состоящей из последовательно соединенных дросселя и активной нагрузки, можно написать следу­ющее уравнение:

Уравнение (22.23) связывает переменные В и Н. Эти же величи­ны связаны и характеристиками намагничивания B=f(H; Я₌).

Совместное графическое решение уравнений эллипса и семей­ства характеристик намагничивания позволяет получить при извест­ных параметрах нагрузки и напряжении питания статическую ха­рактеристику усилителя.

По известным значениям полуосей строим на семействе харак­теристик намагничивания эллипс, оси которого совпадают с осями координат (рис. 22.20, а). Точки пересечения эллипса с кривыми Я₌ = const определяют в соответствующей системе координат Н₌, Н характеристику усилителя H=f(HJ, которая может быть легко пе­ресчитана в характеристику /_н =/(/_у).

При комплексной нагрузке в дополнение к эллипсу из начала координат проводим луч ON пор. углом а к оси абсцисс:

Рассмотренный способ построения статический характеристики усилителя позволяет удобно выявить влияние различных факторов на характеристику «вход-выход». Для этого необходимо определить, используя формулу (22.23), как влияет рассматриваемый параметр на величины полуосей эллипса В'_а и Н'_к. Например, при повышении напряжения полуоси эллипса возрастают. Смещение точек, опреде­ляющих ток холостого хода, показывает, что с увеличением напря­жения он также возрастает.

Влияние различных параметров показано на рис. 22.20, 6, в, г. Из рисунка видно, что увеличение частоты питания почти не сказы­вается на характеристике усилителя. Возрастание сопротивления нагрузки приводит к снижению коэффициента кратности тока в на­грузке.

Контрольные вопросы