§ 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.