§ 22.2. Принцип действия магнитного усилителя

Для изучения принципа действия магнитного усилителя рассмотрим его простейшую схему (рис. 22.4, а, б), состоящую из двух обмоток. Одна обмотка — рабочая (или обмотка переменного тока) с числом

витков w_p, другая — обмотка управления (или управляющая) с чис­лом витков w_r Обе обмотки размещены на общем ферромагнитном замкнутом сердечнике. На обмотку управления подается входной сигнал в виде напряжения постоянного тока Ц, или тока /_у, подле­жащего усилению. Последовательно с рабочей обмоткой включена нагрузка Лц, напряжение на которой U_H является выходным сигна­лом усилителя. Цепь рабочей обмотки получает питание от источ­ника напряжения переменного тока (например, промышленной ча­стоты 50 Гц). Сердечник одновременно намагничивается двумя по­лями: постоянным, созданным током /_у, протекающим в обмотке ш_у, и переменным, созданным током /_н, протекающим в обмотке w_p. Если принять сопротивление рабочей обмотки чисто индуктивным Х_р, а форму тока — близкой к синусоидальной, то ток в нагрузке

Напряженность магнитного поля в сердечнике создается имен­но током /_н. Так как мы приняли допущение о синусоидальности тока, то и напряженность будет изменяться по синусоидальному за­кону. Амплитудное значение напряженности

Так как с увеличением постоянной составляющей индукции В₀ амплитуда индукции В_м остается неизменной, а Я_м растет (см. рис. 22.3), то, согласно формулам (22.6) и (22.7), проницаемость сердечника и индуктивность i_p рабочей обмотки уменьшаются при подмагничивании сердечника постоянным магнитным полем. Ха­рактер зависимости ц_д и L_f от напряженности постоянного поля Я₀ при В_ы = const показан на рис. 22.5. Н₀ определяется током в обмот­ке управления:

Из формул (22.4) и (22.6) следует, что при неизменном напря­жении сети U_c ток в цепи нагрузки /_н может быть увеличен только за счет уменьшения магнитной проницаемости ц_д для переменной составляющей магнитного поля, так как остальные параметры (со; ш_р; s; /_c; ц₀) не изменяются. Уменьшение магнитной проницаемости |1_Д достигается за счет увеличения постоянного подмагничивающего

поля в сердечнике, создаваемого управ­ляющим током Т_у в соответствии с урав­нением (22.8).

При изменении тока нагрузки /_н бу­дет изменяться и падение напряжения £/_н на нагрузке Л_н, т. е. выходной сигнал. Мощность, выделяемая в нагрузке, мо­жет во много раз превышать мощность, расходуемую в управляющей обмотке, т. е. схема обладает усилительными свой­ствами и ее можно рассматривать как простейший магнитный усилитель. Та­кой усилитель называют еще дроссель­ным," поскольку изменение тока в нагруз­ке обеспечивается за счет изменения ин-

дуктивности рабочей обмотки, т. е. сопротивления дросселя — катушки с сердечником (рис. 22.6).

Рассмотренная схема (по рис. 22.4) имеет се­рьезные недостатки и крайне редко применяется на практике. Дело в том, что замыкающийся по сердечнику переменный магнитный поток наво­дит в обмотке управления (как во вторичной об­мотке трансформатора) переменную ЭДС. Поэто­му выходной сигнал может влиять на входной. А усилители должны обладать однонаправленно­стью действия: только от входа к выходу. Для уме­ньшения значения переменного тока, протекаю­щего по цепи управления под влиянием наведен­ной ЭДС, последовательно с управляющей обмоткой да_у включают большую индуктивность L_y. Однако при этом увеличивается инерционность усилителя: при быстрых изменениях входного напряжения ток управления изменя­ется медленно. Кроме того, увеличивается расход материала (так как необходим сердечник и для дросселя), возрастают габариты и вес усилителя. Другим недостатком рассмотренной схемы является то, что форма тока в нагрузке существенно отличается от синусои­ды, что видно по кривой 2' на рис. 22.3.

Для уничтожения ЭДС, наводимой в обмотке управления, испо­льзуются схемы магнитных усилителей с двумя одинаковыми сердеч­никами (рис. 22.7, а, б). Такие схемы составлены из схем по рис. 22.4 как из типовых элементов, что особенно хорошо видно на рис. 22.7, а. Рабочая обмотка ш_р и обмотка управления w_y имеют по две секции — по одной на каждом сердечнике. Секции управляющей

обмотки w_y соединяются последовательно и встречно; следовательно, происходит взаимное вычитание ЭДС, индуцируемых в каждой сек­ции. Поскольку сердечники и соответствующие обмотки на них оди­наковы, происходит взаимное уничтожение (компенсация) ЭДС, на­веденных переменным магнитным полем. Секции рабочей обмотки w_p включены последовательно и согласно. В один полупериод пита­ющего переменного напряжения U~ переменный магнитный поток Ф~ складывается с постоянным магнитным потоком Ф_у в одном сер­дечнике и вычитается в другом сердечнике. В следующем полуперио­де сердечники меняются ролями. Таким образом, совместное дейст­вие на цепь нагрузки обеих секций рабочих обмоток в каждый из по­лупериодов совершенно одинаково. Обе полуволны нагрузки будут симметричны (без четных гармоник), т. е. форма кривой тока будет менее искажена, чем в схеме с одним сердечником (см. рис. 22.3).