§ 22.3. Основные схемы и параметры нереверсивных магнитных усилителей

Проследим пути магнитных потоков в обоих сердечни­ках магнитного усилителя, изображенного на рис. 22.7. Магнитные потоки обмотки управления в соседних стержнях направлены в одну сторону, а магнитные потоки рабочей обмотки —в про­тивоположные стороны. Поэтому обмотку управления можно вы­полнять не в виде двух секций (по одной на каждом сердечнике),

Рис. 22.8. Магнитные усилители с общей обмоткой управления

а общей — охватывающей стержни обоих сердечников (рис. 22.8, а). ЭДС, наведенные переменными магнитными потоками Ф ~ в секциях рабочей обмотки, расположенных на крайних стержнях, взаимно компенсируются. Возможно и выполнение магнитных уси­лителей на Ш-образном сердечнике (рис. 22.8, б). Секции рабочей обмотки наматываются на крайних стержнях, а обмотка управ­ления— на среднем стержне. В этом случае в среднем стержне происходит компенсация переменного потока , поскольку по­токи от каждой секции рабочей обмотки направлены в среднем стержне навстречу друг другу и равны по величине. Поэтому вы­ходной сигнал не будет влиять на входной.

Нет принципиальной разницы между выполнением магнитного усилителя на одном Ш-образном или на двух сердечниках. По­этому при дальнейшем рассмотрении будем изображать только схемы соединения обмоток, отмечая при необходимости согласное и встречное включение секций обмоток с помощью точек, указы­вающих начало обмотки.

В зависимости от соединения секций рабочей обмотки и на­грузки различают схемы с последовательной и параллельной на­грузкой. На рис. 22.7 и 22.8 нагрузка включается последователь­но с рабочей обмоткой. Диаграммы ЭДС для такой схемы пока­заны на рис. 22.9. Ток нагрузки в этом случае будет синусоидален, поскольку при неизменном входном сигнале в каждом из полупе­риодов питающего напряжения рабочий поток одной секции скла-

дывается с потоком управления, а рабочий поток другой секции вычитается из потока управления. Поэтому общая индуктивность рабочей обмотки будет постоянна при неизменном входном сиг­нале. Мгновенное значение тока нагрузки

где и — активное и индуктивное сопротивления нагрузки со­ответственно; и —активное и индуктивное сопротивления рабочей обмотки (обеих секций);

фазовый сдвиг между током и напряжением, определяемый соотношением активного и индук­тивного сопротивлений..

При неизменном входном сигнале все сопротивления неизмен­ны и ток имеет синусоидальную форму.

Синусоидальный ток рабочей обмотки создает в сердечнике си­нусоидальную напряженность поля , что, в свою очередь, при­водит к несинусоидальному потоку. Кривая изменения индукции в одном периоде получена графически на рис. 22.9, а. Как видно из диаграмм мгновенных значений (рис. 22.9, б, в), ЭДС, созда­ваемые несинусоидальными потоками разных секций рабочей об­мотки в обмотке управления, не уничтожаются полностью. Это приводит к появлению в обмотке управления ЭДС двойной час­тоты (рис. 22.9, г). В тех случаях, когда наличие ЭДС двой­ной частоты в цепи управления нежелательно, предпочтение следу­ет отдать параллельному соединению секций рабочей обмотки.

При параллельном соединении секций рабочей обмотки (рис. 22.10, а) в каждой из них протекает несинусоидальный ток, со­держащий четные гармоники (рис. 22.10, б, в). Однако ток на­грузки, представляющий собой сумму токов секций, близок к си­нусоидальному (рис. 22.10, г). Это объясняется тем, что четные гармоники тока циркулируют в короткозамкнутом контуре, обра­зованном секциями рабочей обмотки, и не выходят в цепь нагруз­ки. Наличие короткозамкнутого контура в цепи рабочей обмотки приводит к уменьшению быстродействия по сравнению с последо­вательным соединением секций рабочей обмотки.

Схема магнитного усилителя, в которой нагрузка включена па­раллельно секциям рабочей обмотки, соединенным встречно, по­казана на рис. 22.11. Для поддержания неизменным тока питания используется достаточно большое добавочное сопротивление В зависимости от входного сигнала происходит перераспределе­ние токов между нагрузкой и рабочей обмоткой. При отсутствии управляющего сигнала ( ) индуктивное сопротивление рабочей обмотки максимально, вследствие чего в рабочую обмотку ответвляется незначительный ток. При этом ток в нагрузке имеет максимальное значение. По мере увеличения входного сигнала индуктивное сопротивление рабочей обмотки уменьшается, а ток в ней возрастает, что приводит к уменьшению тока нагрузки.

Аналогично происходит изменение тока в нагрузке в так на­зываемой трансформаторной схеме (рис. 22.12). Здесь помимо сек­ций обмотки , включенных встречно через добавочное сопро­тивление на напряжение источника питания , имеется об­мотка , питающая нагрузку . Такая схема позволяет изоли­ровать цепь нагрузки от цепи питания и получать на нагрузке практически любое напряжение, отличное от напряжения пита­ния. Ток в нагрузке зависит от коэффициента трансформации об­моток, под которым в данном случае понимается отношение на­пряжений на обмотках и .

Этот коэффициент не остается постоянным, как в обычном трансформаторе, а зависит от сигна­ла управления, изменяющего магнитную проницаемость. При от­сутствии управляющего сигнала ( ) магнитная проницаемость

и индуктивность обмоток имеют максимальное значение и падение напряжения на этих обмотках велико. Коэффициент трансформа­ции будет максимален, и соответственно ток нагрузки имеет максимальное значение. При увеличении входного сигнала индуктивность обмотки w_pi уменьшается. Соответственно уменьшаются коэф­фициент трансформации, напряжение па обмотке и ток нагрузки Схема с параллельным соединением нагрузки по рис. 22.11 применяется ча­ще всего тогда, когда име­ется источник тока, напри­мер в схемах автоматики, питаемых от трансформато­ров тока. Применение ис­точника напряжения и использование добавочного сопротивления экономически невыгодно из-за больших потерь в этом сопротивлении. Трансформа­торные магнитные усилители с параллельной нагрузкой широко используют как элементы реверсивных схем магнитных усили­телей (см. гл. 24).

Все рассмотренные схемы магнитных усилителей (см. рис. 22.7—22.12) питали нагрузку переменным током. При необходимости питать нагрузку постоянным током используются выпрями­тельные схемы. В качестве примера включения нагрузки постоян­ного тока на рис. 22.13, а приведена схема с последовательным включением выпрямительного моста и нагрузки. Магнитный уси­литель с выходным постоянным током может использовать и двух-полупериодную схему па двух диодах и трансформаторе с выво­дом от средней точки вторичной обмотки (рис. 22.13, б).