§ 22.4. Основные характеристики магнитных усилителей

Основной характеристикой магнитного усилителя является зависимость действующего или среднего значения тока в нагрузке от тока управления: . 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 ( ) эти величины имеют максимальное значение. Если подадим в обмотку управления постоянный ток , то в сердечнике создается постоянный магнитный поток, накладывающийся на переменный поток, созданный рабочей обмоткой. По мере увеличения входного сигнала из-за нелинейности характеристики намагничивания происходит насыщение сердечника.

Это приводит к уменьшению магнитной проницаемости , а следовательно, и индуктивности рабочей обмотки . Направление (полярность) тока управления не влияет на и . 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 отсутствует), — максимальный ток. В идеальном усилителе при отсутствии входного сигнала ( ) должен быть равен нулю и выходной

сигнал ( ). Однако из-за того, что при магнитная проницаемость и индуктивность рабочей обмотки не равны бесконечности, через нагрузку протекает небольшой ток холостого хода . По мере увеличения входного сигнала (тока управления) растет выходной сигнал (ток нагрузки), но из-за насыщения сердечника этот рост ограничен некоторым максимальным током = . Отношение максимального тока к току холостого хода называется коэффициентом кратности тока —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 напряжению

Коэффициент усиления по току

Коэффициент усиления по мощности

(22.10)

(22.11)

Поскольку статическая характеристика магнитного усилителя нелинейная, коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности не являются постоянными величинами. Поэтому различают максимальные значения , _, и их значения, соответствующие

заданной выходной мощности усилителя.

При большом значении коэффициента кратности тока , когда ток холостого хода по сравнению с максимальным током нагрузки мал, можно с достаточной точностью считать, что ; Например, уже при ошибка от пренебрежения током холостого хода не превышает

Чувствительность — минимальная мощность входного сигнала, начинал с которого пропорционально изменяется ток нагрузки.

Максимальная мощность в нагрузке

Коэффициент полезного действия рабочей цепи

где —полное активное сопротивление рабочей цепи.

Постоянная времени характеризует быстродействие усилителя и определяется отношением индуктивности и активного сопротивления обмотки управления

Добротность является универсальным параметром, учитывающим и коэффициент усиления и быстродействие:

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 , а с сердечниками из сплавов высокой магнитной проницаемости

Минимальное значение усиливаемой мощности составляет Вт для сердечников из трансформаторной стали и Вт для сердечников из сплавов высокой проницаемости. Статическая характеристика вход-выход магнитных усилителей с параллельным включением нагрузки (по рис. 22.11) имеет вид, показанный на рис. 22.15, б. Она обратна характеристике усилителя с последовательной нагрузкой. Действительно, при управляющем сигнале индуктивность рабочей обмотки будет максимальной и, следовательно, ток в нагрузке будет иметь наибольшее значение. С ростом входного сигнала ток в нагрузке

уменьшается, так как все большая часть тока питания ответвляется в рабочую обмотку, индуктивное сопротивление которой уменьшается.