§ 22.7. Графоаналитический способ построения статической характеристики магнитного усилителя

При рассмотрении физических процессов в магнитных усилителях мы видели, 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 . Здесь

и — индукция и напряженность переменного магнитного поля, а —напряженность постоянного магнитного ноля. Семейство характеристик приведено на рис. 22.19. На форму кривых этого семейства оказывают влияние не только материал сердечника, но и наличие воздушных зазоров и полей рассеяния, частота питающей сети, форма и размеры сердечника, схема соединения обмоток , 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.

Семейство кривых строится по формулам

где — ЭДС в рабочих обмотках, а соответствующие токи и напряжения определяются по методу амперметра — вольтметра.

Формула для определения индукции справедлива для синусоидальных и Поэтому при ее использовании мы осуществляем линеаризацию, пере-

ходя к эквивалентным синусоидам ЭДС и тока в рабочей цепи.

Для усилителя с выходным постоянным током используются характеристики . 3десь определяется по среднему значению рабочего тока а

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:

(22.22)

где

При последовательном соединении обмоток имеем

Подставив значения и в выражение (22.22), получим уравнение эллипса

(22.23)

где;— полуоси эллипса.

Уравнение (22.23) связывает переменные и . Эти же величины связаны и характеристиками намагничивания

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 определяют в соответствующей системе координат характеристику усилителя , которая может быть легко пересчитана в характеристику

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

где Х_я — реактивное сопротивление нагрузки.

Вычитая из ординат эллипса ординаты прямой , получим кривую, показанную на рис. 22.20, а пунктиром. Точки пересечения этой кривой с характеристиками намагничивания определяют зависимость для индуктивной нагрузки. При емкостной нагрузке ординаты эллипса и прямой складываются.

Рассмотренный способ построения статической 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 и

. 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, б, 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.