1. Магнітний підсилювач

Магнітний підсилювач являє собою підсилювально-перетворювальний пристрій параметричного типу, принцип роботи якого заснований на використанні властивостей дроселя змінного струму з феромагнітним сердечником, змінювати свою індуктивність при підмагнічуванні постійним струмом.

Поряд з посиленням магнітний підсилювач одночасно перетворює сигнал постійного струму, що є вхідним сигналом, в сигнал змінного струму.

2. Класифікація

По виду допоміжного джерела енергії підсилювачі поділяють на електричні, гідравлічні і пневматичні. Останні два види підсилювально-перетворювальних елементів часто поєднуються з виконавчими пристроями і називаються серводвигунами.

Підсилювально-перетворювальні елементи, як і датчики сигналів, діляться на два класи:

- Параметричні, основою яких служить нелінійний елемент, що дозволяє керувати процесами в ланцюгах живлення та навантаження за допомогою вхідного сигналу малої потужності;

- Генераторні, в яких перетворення енергії живлення в енергію вихідного сигналу відбувається під впливом малопотужного вхідного сигналу.

Магнітні підсилювачі поділяють на дві групи:

- нереверсивні

- реверсивні.

Нереверсивним називають магнітний підсилювач, у якого полярність або фаза струму навантаження не залежить від полярності струму керування. В цій групі виділяють нейтральні та поляризовані підсилювачі.

Реверсивним називають магнітний підсилювач, у якого полярність або фаза струму навантаження змінюється у залежності від полярності струму керування. Виділяють реверсивні магнітні підсилювачі з виходом на сталому та змінному струмі.

За схемотехнічною ознакою виділяють три типи реверсивних магнітних підсилювачів – диференційні, мостові та трансформаторні

Рис. 1.1. Принцип дії магнітного підсилювача:

а) електрична схема; б) робочі точки на кривій намагнічування; в) графік залежності зворотної магнітної проникності від напруженості магнітного поля; г) - характеристика вхід - вихід

3. Конструкція та принцип роботи найпростішого магнітного підсилювача, основні характеристики

Найпростіший магнітний підсилювач складається з опору навантаження R_н , робочої обмотки з феромагнітним сердечником. Коло підключене до джерела змінної напруги . Якщо вважати опір робочої обмотки – чисто індуктивним а струм близький до синусоїдного, то . Опір визначається індуктивністю робочої обмотки , яка залежить від зворотної магнітної проникності матеріла сердечника основна крива намагнічування якого приведена на рис. 1.1, б.

При відсутності постійного струму I_у в обмотці керування по навантаженню йде так званий струм холостого ходу , який визначається магнітною проникністю симетричного циклу близько точки 1 і відповідним їй опором . При цьому велика частина напруги схеми прикладена до обмотки і врівноважується ЕРС самоіндукції цієї обмотки; амплітуда зміни індукції сердечника В~ – максимальна.

Поява струму керування I_у викликає появу напруженості постійного магнітного поля Н_ (напруженості підмагнічування); цикл кривої намагнічування стає несиметричним і переміщається в міру зростання струму керування з положення 1 в положення 2, а потім 3. Якщо за зворотну магнітну проникність несиметричного циклу прийняти тангенс нахилу дотичній до кривої намагнічування у відповідних точках 2 або 3, то в міру збільшення I_у магнітна проникність матеріалу буде зменшуватися (рис. 1.1, в), знижується індуктивний опір робочих обмоток і струм у навантаженні збільшується (рис. 1.1, г). Напруга на обмотці знижується, в результаті чого зменшується і амплітуда індукції B~.

Отже, шляхом зміни струму в обмотці керування можна керувати струмом в навантаженні. Виконуючи обмотку з числом витків, яке у кілька разів перевищує число витків обмотки можна отримати ефект підсилення по струму. У цьому і полягає принцип дії магнітного підсилювача. Напрямок струму I_у в даному випадку не має значення, оскільки крива намагнічування симетрична відносно початку координат. Тому найпростіший магнітний підсилювач має характеристику вхід - вихід, тобто залежність вихідної величини від вхідних (рис. 1.1, г). Подібні підсилювачі називають однотактними, нейтральними або нереверсійними.

Підсилювачу, схема якого дана на рис. 1.1, притаманні серйозні недоліки. Пульсуючий в сердечнику змінний магнітний потік наводить в обмотці керування, як і у вторинній обмотці трансформатора, змінну ЕРС. Щоб усунути проходження по ланцюгу керування змінних струмів, в цей ланцюг можна помістити досить велику індуктивність L. Однак таке рішення не можна визнати вдалим, тому що,

- по-перше, включення індуктивної котушки сильно збільшує постійну часу ланцюга керування і, отже, інерційність всього підсилювача;

- по-друге, її габарити близькі до габаритів магнітного підсилювача. Включення ж замість індуктивності великого активного опору хоча і знижує постійну часу, але викликає втрати потужності в цьому опорі, що значно знижує коефіцієнт підсилення пристрою.

Для зменшення ЕРС, що наводяться в обмотці керування, доцільно розділити сердечник і обмотку на дві рівні частини (рис 1.2). Дві робочі обмотки повинні бути з'єднані так, щоб створювані ними напруженості H~ були спрямовані зустрічно відносно обмотки керування, що охоплює обидва сердечника. Дія двох змінних полів на обмотку керування в цьому випадку взаємно компенсується. Таке з'єднання обмоток приводить до того, що в один і той же півперіод змінного струму напруженості постійного і змінного магнітних полів складаються в одному і віднімаються в іншому сердечнику. У наступний півперіод сердечники міняються ролями.

Рис. 1.2. Магнітний підсилювач на двох П-подібних сердечниках