4.1. Магнитный усилитель: принцип действия, характеристика управления.

а) Принцип действия. Магнитный усилитель (МУ) — это электрический аппарат предназначенный для усиления электрического сигнала по току, напряжению или мощно­сти. В схеме простейшего дроссельного МУ (ДМУ), назы­ваемого дросселем насыщения (рис. 6.1), используется уп­равляемое, индуктивное сопротивление. Замкнутый магнито-провод изготавливается из материала с резко выраженной нелинейностью кривой намагничивания B=f(H). Рабо­чая обмотка переменного тока Wp включается в цепь нагрузки Rн- В обмотку управления wy подается управляющий постоянный ток Iу. При прохождении переменного тока по обмотке Wр на обмотке wy наводится ЭДС. Эта ЭДС будет создавать переменный ток в цепи управления, для ограничения которого включа­ется балластный дроссель Хб.

Рис. 6.1. Дроссельный МУ на од­ном магнитопроводе.

Подадим в обмотку управления такой постоянный ток управления Imax, чтобы рабочая зона перешла в область 2. В этой области насыщения материал имеет магнитную проницаемость м_a2 = ∆B2/∆H2. Индуктивное сопротивление ра­бочей обмотки Х_Р2 резко уменьшается. Значения Х_р2 и Rн выбираются так, что Х_р2 <<Rн. Тогда ток в цепи определя­ется только сопротивлением нагрузки. При этом все на­пряжение источника питания приложено к сопротивлению нагрузки R_H и активному сопротивлению r_р рабочей обмот­ки wр:

существуют два крайних режима усилителя — ре­жим холостого хода, когда I_у = 0 и ток в нагрузке имеет минимальное значение I_но, и режим максимального тока нагрузки. При плавном уве­личении тока Iу ток нагруз­ки плавно увеличивается от Iно до максимального значе­ния Iнmax за счет уменьше­ния магнитной проницаемо­сти м_а. Характеристика уп­равления ДМУ приведена на рис. 6.3. По оси абсцисс от­ложен ток управления, при­веденный к рабочей обмотке

I’y= IyWy/Wp. Идеальная ха­рактеристика управления 1 является прямой, идущей из начала координат под углом 45° к оси I_у. Реальная харак­теристика 2 отличается от идеальной наличием тока холос­того хода /но и плавным переходом от линейной части ха­рактеристики к току Iнmax. В линейной зоне характеристи­ки соблюдается равенство средних значений МДС

I_pw_p = I_yw_y или I_р=Iу. (6.1)

Равенство (6.1) не зависит от колебаний питающего на­пряжения, сопротивления нагрузки и частоты источника. Данному значению тока управления всегда соответствует единственное значение тока нагрузки I_н. Таким образом является управляемым источником тока.

4.2. Технические характеристики магнитных усилителей

Характеристикой управления МУС называется зависи­мость выходного напряжения от тока управления U_р(Iy ) или напряжения на нагрузке от тока управления U_н(Iy )

Крутизна характеристики управления

Производная д∆В_у/дН_у. характеризует наклон кривой размагничивания магнитопровода МУС и условно может определяться эквивалентной магнитной проницаемостью размагничивания

м_Р=—д∆В_у/дН_у.,Таким образом, k_R~Xр w_y/w_p.

б) Коэффициент усиления МУС. Коэффициент усиления по току:

Коэффициент усиления по мощности

Коэффициент усиления по напряжению

Запаздывание. Под запаздыванием понимается выдержка време­ни между моментом скачкообразного изменения тока управления до мо­мента появления тока нагрузки, соответствующего этому новому значе­нию Iy в установившемся режиме.

Постоянная времени, добротность: Для оценки быстродействия МУС вводится понятие добротности D = kp/Ty.

Чем больше добротность D, тем меньше постоянная времени Т_у и тем выше быстродействие МУС. Воспользо­вавшись (6.20), получим

4.3 4.4. Внешняя обратная связь и смещение в магнитном усилителе: назначение, схема включения обмоток.

4.5 Магнитный усилитель с самонасыщением: построение характеристики «Вход-Выход»

4.6 Процессы в идеальном магнитном усилителе: вынужденный и свободный режимы.

4.7 Инертность магнитных усилителей: вывод формулы постоянной времени.

Если сопротивле­ние R_y цепи управления велико, то мощность управления увеличивается и k_P падает. Для повышения k_P и k_u (коэффиенты усиления по мощности и напряжению) сопротивление R_y необходимо уменьшать. При малом R_y процесс перехода от одного стационарного режима к другому резко замедляется. Ток управления i_y, определяющий напряженность поля H_у, а следователь­но, и значение B_У, нарастает медленно. Скорость нараста­ния iy определяется индуктивностью цепи управления L_y. Для цепи управления можно написать

или где

Решение этого уравнения представляет собой экспонен­ту. При подаче на вход напряжения U_y ток управления меняется по закону

Д о появления напряжения управле­ния U_у в нагрузке протекал максимальный ток при на­пряжении U_H = U_Н|Нач. После подачи U_у<0 отрицатель­ный ток управления нарастает по экспоненте. При этом увеличивается B_У, a Uн падает по экспоненте с запазды­ванием в один полупериод. Постоянная времени Т_у определяется крутизной k_R статической харак­теристики управления U_H=f(I_y) и связана с параметрами МУС уравнением [2.3]

С ростом коэффициентов усиления увеличивается k_K, а следовательно, и постоянная времени Т_у.

Для оценки быстродействия МУС вводится понятие добротности D=kp/T_y.

Чем больше добротность D, тем меньше постоянная времени T_у и тем выше быстродействие МУС. Воспользо­вавшись (6.20), получим

В переходном режиме МУС можно представить инерци­онным звеном первого порядка, аналогичного цепи R, L,включенной на источник напряжения.