§ 24.5. Основы расчета магнитных усилителей

Одним из основных вопросов при расчете магнитного усилителя является определение его габаритов. Габариты всего уси­лителя и его сердечников определяются значениями мощности нагрузки, коэффициента усиления, допустимого нагрева и магнит­ным режимом сердечников.

Если выбрать провода с высокотемпературной изоляцией или принять меры к интенсивному охлаждению усилителя (например, за счет обдува или радиаторов), то габариты усилителя можно существенно уменьшить. Точно так же можно уменьшить габариты сердечников за счет применения высококачественных магнитных материалов с большой индукцией и малыми потерями. Естествен­но, в этих случаях снижение га­баритов будет оплачено повыше­нием стоимости усилителя, изго­товленного из более дорогих ма­териалов.

При проектном расчете стре­мятся к оптимальному решению, под которым понимается дости­жение минимальных габаритов, минимального веса или мини­мальной стоимости при заданной выходной мощности и коэффици­енте усиления.

Мы рассмотрим последова­тельность расчета, основанного на определенной зависимости объема сердечников от мощности нагрузки и магнитного режима сердечников. Эта зависимость остается неизменной при различ­ных способах создания подмагничивающего поля. Поэтому по­лученные упрощенные соотношения будут справедливы для рас­чета различных схем магнитных усилителей: однотактных и двух­тактных, без обратной связи и с обратной связью (как внешней, так и внутренней).

Объем стали одного сердечника усилителя может быть опре­делен по формуле

(24.1)

где —выходная мощность усилителя; —частота питания; — напряженность поля при максимальном подмагничивания; — индукция в сердечнике при максимальном подмагничивании; — то же, без подмагничивания. Величины , , определяются выбранным материалом сердечников. Для различных материалов рассчитаны кривые зави­симости минимального удельного объема от напряженности постоянного магнитного поля пои максимальном подмагничивании (рис. 24.11).

Сердечники выполняются из листового материала, толщина ко­торого (мм) определяется частотой питания : , где — постоянный коэффициент зависит от материала сердечника. Мень­шие значения (0,7—1,9) берутся для пермаллоев, большие (3— 3,5) —для холоднокатаной электротехнической стали. Обычно пер­маллои применяют в усилителях малой мощности (несколько ватт).

После определения минимального удельного объема эту вели­чину умножают на мощность нагрузки и определяют требуемый объем стали . Затем выбирают подходящий сердечник (обычно тороидальный или Ш-образный) и определяют толщину набора .

Для тороидального сердечника

(24.2)

где —внешний диаметр тороида; —внутренний диаметр тороида; —длина среднего магнитного пути в сердечнике; —ко­эффициент заполнения сталью. Для Ш-образного сердечника

(24.3)

где —ширина среднего стержня.

В этих формулах имеется в виду использование сдвоенных сер­дечников с общей обмоткой управления.

Объем меди усилителя без обратной связи определяется раз­мерами пластин сердечника и толщиной набора. При определе­нии объема меди следует учитывать коэффициент заполнения ок­на сердечника медью, зависящей от толщины изоляции и способа намотки. Зная объем стали и объем меди усилителя, можно оп­ределить его габариты и вес.

Расчет основных характеристик усилителя выполняется по рас­четным формулам, приведенным в предыдущих главах и парагра­фах.