WinNavigator

Frigate

Norton Commander

WinNC

Dos Navigator

Servant Salamander

Turbo Browser

Winamp, Skins, Plugins

Необходимые Утилиты

Текстовые редакторы

Юмор

File managers and best utilites

1.3 Магнитные усилители с самонасыщением. Магнитные усилители реферат

Магнитные усилители, их назначение и классификация

Измерительные устройства систем автоматического регулирования обычно вырабатывают маломощные сигналы управления, которые непосредственно не могут привести в действие исполнительные механизмы. Малая мощность сигналов объясняется стремлением уменьшить влияние нагрузки на точность измерений, а также конструктивными особенностями и физической природой измерительных устройств.

Чтобы получить мощность, необходимую для работы исполнительных устройств, применяют магнитные усилители. Они практически нечувствительны к вибрациям и механическим воздействиям, позволяют получить на выходе значительные токи, просты в эксплуатации, сравнительно недороги и очень надежны.

В зависимости от характера физических процессов, определяющих принцип работы магнитного усилителя, различают дроссельные и трансформаторные магнитные усилители.

В дроссельных усилителях рабочая обмотка (обмотка переменного тока) выполняет функцию дроссельной «заслонки», ограничивающей ток в нагрузке, включенной (обычно последовательно) в цепь рабочей обмотки.

В трансформаторных усилителях цепь нагрузки электрически не связана с цепью питания. Передача энергии из цепи питания в цепь нагрузки осуществляется за счет магнитной связи между ними. При этом, воздействуя на общий магнитный поток, сцепленный с витками обмоток цепей питания и нагрузки, можно менять мощность, передаваемую в цепь нагрузки.

Как дроссельные, так и трансформаторные усилители могут быть собраны по однотактной или двухтактной схеме. В однотактных магнитных усилителях фаза тока в нагрузке не зависит от полярности входного сигнала. В двухтактных магнитных усилителях фаза тока в нагрузке меняется на 180° при изменении полярности тока в обмотке управления.

В зависимости от типа обратной связи различают магнитные усилители с внешней обратной связью, у которых выпрямленный рабочий ток проходит по специальной обмотке обратной связи, и магнитные усилители с внутренней обратной связью, у которых постоянная составляющая рабочего тока проходит по той же рабочей обмотке (дополнительная обмотка отсутствует).

Двухтактный магнитный усилитель может быть собран по дифференциальной схеме с подмагничиванием и с обратной связью, а также по мостовой схеме.

Принцип действия дроссельного магнитного усилителя

Ферромагнитный материал, из которого изготовляются магнитопроводы магнитных усилителей, можно представить состоящим из отдельных малых областей (доменов), самопроизвольно намагничивающихся в различных направлениях.

При наложении на магнитопровод магнитного поля обмотки эти намагниченные области («магнитики») ориентируются преимущественно вдоль силовых линий внешнего поля, в результате чего общий магнитный поток резко возрастает. При изменении полярности тока в обмотке «магнитики» поворачиваются и направление общего магнитного потока в магнитопроводе изменяется на обратное.

Будем называть магнитодвижущей силой (МДС) Aw произведение тока в обмотке на число ее витков. Эта величина пропорциональна току, так как число витков обмотки обычно постоянно.

На рис. 10.15 изображена полученная опытным путем зависимость магнитного потока в магнитопроводе от количества ампер-витков его обмоток. Это усредненная кривая, характерная для магнитомягких материалов.

На рис. 10.16 изображен магнитопровод, на который намотаны две обмотки: рабочая wр, питаемая синусоидальным напряжением, и управляющая wу к которой подводится усиливаемое напряжение.

Предположим, что управляющая обмотка обесточена, а МДС рабочей обмотки изменяются по синусоидальному закону от +Awр до —Awр При этом магнитный поток в магнитопроводе изменяется на ДФ (см. рис. 10.15).

Предположим, что через управляющую обмотку проходит ток и ее МДС равна некоторому значению Awy. МДС рабочей обмотки изменяется в прежних пределах от +Awр до —Awp. При этом магнитный поток в магнитопроводе изменяется на Ф'. Из рис. 10.15 видно, что Ф' значительно меньше Ф.

Таким образом, в первом случае скорость изменения магнитного потока будет большой, во втором — незначительной. ЭДС самоиндукции рабочей обмотки, пропорциональная скорости изменения магнитного потока (закон электромагнитной индукции), в первом случае будет значительно больше, чем во втором. Эта ЭДС направлена навстречу приложенному напряжению и ограничивает ток в цепи. При постоянном действующем значении синусоидального напряжения питания в первом случае ток в рабочей обмотке будет меньше, чем во втором.

Изменяя магнитное состояние магнитопровода, можно менять ток в рабочей обмотке, а следовательно, и в нагрузке Zн, которая включена последовательно

С wp.

Пока магнитопровод не насыщен, основная часть напряжения питания тратится на преодоление ЭДС самоиндукции рабочей обмотки, падение напряжения на нагрузке невелико, ток в нагрузке мал. Когда магнитопровод переходит в насыщенное состояние, ЭДС самоиндукции рабочей обмотки практически исчезает и все напряжение питания оказывается приложенным к нагрузке. Ток в нагрузке возрастает.

На рис. 10.17 изображена зависимость тока в нагрузке (рабочего тока) IР от тока в обмотке управления Iу. Из рисунка видно, что с увеличением тока управления Iу, т. е. по мере насыщения магнитопровода и уменьшения ЭДС самоиндукции рабочей обмотки, увеличивается ток в нагрузке Iр. При этом небольшие изменения тока Iу вызывают значительные изменения рабочего тока. Следовательно, устройство работает как усилитель.

Следует отметить, что в действительности картина физических процессов несколько сложнее. В современных магнитных усилителях применяются магнитопроводы с прямоугольной кривой намагничивания. Они либо сразу размагничиваются, либо полностью насыщаются. Поэтому перераспределение напряжения питания между рабочей обмоткой и нагрузкой происходит в течение каждого периода. Например, в течение четверти каждого периода напряжение питания приложено к нагрузке, а в течение 3/4 периода гасится на рабочей обмотке (рис. 10.18).

Изменяя ток управления в обмотке wу, это распре деление можно изменить увеличив или уменьшив часть периода, в течение которой напряжение приложено к нагрузке, а следовательно, увеличив или уменьшив (в среднем) ток в нагрузке.

Дроссельный магнитный усилитель сравнительно прост как по устройству, так и по принципу работы, однако его применение в системах автоматического регулирования ограничено, так как ему присущ ряд недостатков. Прежде всего отметим существенную не линейность зависимости тока в нагрузке от тока управления (см. рис. 10.17). Так, при токе управления Iу = 0 ток нагрузке Этот нулевой ток I0 увеличивает погрешность регулирования и потери мощности. Другой недостаток дроссельного усилителя — сравнительно низкий коэффициент усиления. Кроме того, во многих случаях существенно и то, что дроссельный усилитель не реагирует на полярность сигнала управления. Эти недостатки устранены в более сложных схемах магнитных усилителей.

studfiles.net

Реферат Магнитный усилитель

скачать

Реферат на тему:

План:

1 Принцип действия
2 Применение
4 Внешние ссылки

Введение

Магнитный усилитель — это статический аппарат, предназначенный для управления величиной переменного тока посредством слабого постоянного тока. Применяется в схемах автоматического регулирования электродвигателей переменного тока.

1. Принцип действия

Работа магнитного усилителя основана на нелинейности характеристики намагничивания магнитопровода. На крайних стержнях магнитного усилителя находится рабочая обмотка, которая состоит из двух катушек, соединённых последовательно. На среднем стержне размещается обмотка управления из большого количества витков W=. Если ток в неё не подаётся, а к рабочей обмотке, соединённой последовательно с нагрузкой, подведено переменное напряжение U~, то из за малого количества витков W~ магнитопровод не насыщается, и почти всё напряжение падает на реактивном сопротивлении рабочих обмоток Z~. На нагрузке в этом случае выделяется малая мощность.

Если теперь пропустить по обмотке управления ток Iу, то даже при небольшом его значении (из-за большого W=), возникает насыщение магнитопровода. В результате реактивное сопротивление рабочей обмотки резко уменьшается, а величина тока в цепи — увеличивается. Таким образом, посредством малых сигналов в обмотке управления можно управлять значительной величиной мощности в рабочей цепи магнитного усилителя.

В простейшем случае магнитный усилитель — это управляемая постоянным током индуктивность, которая включается в цепь переменного тока последовательно с нагрузкой. При большой индуктивности ток в последовательной цепи и в нагрузке маленький, при малой индуктивности ток в последовательной цепи и в нагрузке большой. Существует целый ряд разработок, в которых магнитный усилитель используется для удвоения частоты, бесконтактного переключения токов (бесконтактные реле), для стабилизации напряжения питания, для модуляции сигналов ВЧ сигналами НЧ.

В последнее время магнитный усилитель был частично потеснён полупроводниковыми приборами, но в ряде применений по-прежнему не имеет конкурентов.

Характеристика Магнитный усилитель Полупроводниковый усилитель

Управляемый ток	ВЧ	постоянный
Управляющий ток	постоянный или НЧ	ВЧ
Чувствительность	10-19 Вт	?
Освоенная мощность	до 500 МВА	свыше 10 МВА
К-т усиления 1 каскада	до 106	до 106
Рабочая температура	от 0К до 500°С	(от -40 до +80)°С, расширение диапазона требует научных исследований и создания новых материалов и технологий
Рабочее напряжение	не ограничено	около 3 кВ

2. Применение

Основное назначение - управление силовым электроприводом (распространены в строительной технике), также применялись в бытовых стабилизаторах переменного тока, в регуляторах освещения киноконцертных залов, в двоичной ЭВМ ЛЭМ-1 Л. И. Гутенмахера и в троичных ЭВМ «Сетунь» и «Сетунь-70» Н.П.Брусенцов а также в цепях управления тепловоза[1][2][3].

По-прежнему магнитные усилители используются в системах, измеряющих постоянные токи от тензодатчиков. Гибридные схемы, сочетающие в себе миниатюрный магнитный усилитель с полупроводниковым, легко решают проблему дрейфа нуля и обладают высокой точностью.

Магнитный усилитель позволяет бесконтактно измерять постоянные токи в линиях электропередач. В последнее время для этого всё чаще применяют более компактные датчики Холла.

Примечания

Международная конференция SORUCOM.2006, Сборник материалов, Брусенцов Николай Петрович, МГУ, ВМиК, [email protected], Троичные ЭВМ «Сетунь» и «Сетунь 70» - emag.iis.ru/arc/infosoc/emag.nsf/f0c3e40261f64c5b432567c80065e37d/72de119fdb628501c3257193004180c8?OpenDocument
Академия тринитаризма - www.trinitas.ru/rus/doc/0226/002a/02260054.htm Дмитрий Румянцев, Долой биты! (Интервью с конструктором троичной ЭВМ)
ГОСТ 17561-84 - www.complexdoc.ru/lib/ГОСТ 17561-84 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ. УСИЛИТЕЛИ МАГНИТНЫЕ. Термины и определения

4. Внешние ссылки

Музей электронных раритетов - Магнитные усилители - www.155la3.ru/magnit_amplifier.htm

wreferat.baza-referat.ru

Магнитные усилители — реферат

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт — Неразрушающего контроля

Направление — Электроника и наноэлектроника

Кафедра — Промышленной и медицинской электроники

МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ Реферат по учебно-исследовательской работе

Студент группы 1А82 Лю Д. С.

(подпись)

(дата)

Руководитель: Доцент кафедры ЭМКМ Рапопорт О. Л.

(подпись)

(дата)

Томск 2011

Содержание:

1. Историческая справка………………………………………………………….2

2. Исходные положения…………………………………………………………..2

3. Магнитный усилитель…………………………………………………...……..5

4. Магнитные усилители с насыщающимися реакторами……………………...8

5. Обратные связи в магнитных усилителях……………………………………10

6. Магнитные усилители с самонасыщением…………………………………...11

7. Трансформаторы постоянного тока и напряжения…………………...……..12

8.Заключение……………………………………………………………………...13

9. Источники……………………………………………………………………....14

10.Приложение…………………………………………………………………....15 Историческая справка.

На ускоренное развитие магнитных усилителей в 1950–1960 гг. повлияло, по крайней мере, два обстоятельства: первое — это появление оригинальных ферросплавов для получения новых ферромагнитных свойств магнитопроводов, например, для снижения потерь в трансформаторах и дросселях, второе — стремление разработчиков повысить частоту преобразования от 100 Гц в электромагнитных прерывателях до устройств с частотами преобразования 400–2000 Гц, работающих на тиратронах.

Например, в регуляторах и стабилизаторах напряжения большой мощности в качестве силовых ключей широко использовались магнитные ключи, выполненные на ленточных сердечниках. Эти сердечники формировались из тонколистовых сплавов железо-никель-кобальт (пермаллои) с толщиной ленты 0,01–0,1 мм. Такие сердечники имели индукцию насыщения от 0,75 до 1,5 Тл в зависимости от марки сплава.

Именно на этих магнитопроводах работали различные ключевые устройства, например магнитные усилители, достаточно распространенные в то время, в том числе для мощных систем автоматического управления.

Стабилизатор на магнитных силовых ключах по своей структуре практически аналогичен импульсному стабилизатору напряжения.

В период 1959-1965 гг. в мощных (150–400 Вт и более) источниках вторичной энергии стали широко использоваться регуляторы в сетях переменного тока, выполненные на магнитных ключевых элементах, которые могли коммутировать напряжения в десятки – сотни вольт и токи в единицы – десятки ампер. Эти блоки питания имели удельные массогабаритные характеристики Pv порядка 25–40 Вт/дм3.

Исходные положения

Магнитное тело представляет собою совокупность особых элементарных частиц, каждая из которых является как бы элементарным постоянным магнитом, так как она обладает противоположными полярностями на двух противоположных сторонах. Эти элементарные магниты подвижны около своих центров. Пока тело не подвержено намагничивающей силе, элементарные частицы своими магнитными осями расположены в теле по всевозможным и самым разнообразным направлениям. Вследствие такого хаотического распределения магнитных осей частиц тела, последнее, без особых внешних воздействий, само по себе не обнаруживает никаких магнитных свойств.

Поэтому вся масса данного магнитного тела, например, куска железа, вся эта сложная комбинация отдельных магнитных групп не обнаруживает видимого внешнего действия. Но стоит, однако, подвергнуть железо воздействию магнитного поля, создаваемого какою-либо внешнею причиною, как первоначальное хаотическое расположение элементарных магнитов тотчас же нарушается. Под влиянием поля магниты будут повертываться вокруг своих центров, стремясь расположиться по направлению магнитного поля. Поворот этот происходит так, что частицы располагаются, обращаясь одноименными концами их магнитных осей в одну и ту же сторону. Чем больше приближаются к параллельности между собою оси элементарных магнитов, и чем ближе их направление к направлению поля, тем магнитные свойства тела начинают выявляться все сильнее и сильнее, тем сильнее „намагниченным" оказывается это тело.

Интенсивность намагничивания вещества нельзя увеличивать беспредельно, так как, когда все элементарные магниты расположатся в направлении магнитной силы, дальнейшее увеличение этой магнитной силы уже не повлечет за собой никакого изменения в магнитном состоянии вещества. Таким образом, имеет некоторый естественный предел Imax, при достижении которого мы будем иметь:

Следовательно, для больших значений Н получаем:

При увеличении Н магнитная проницаемость стремится к пределу μ0, численно равному единице.

Рис.1 кривая μ=f(B) для некоторого сорта железа.

Если мы обратимся к кривой, показанной на рис.2, то увидим, что μ, сначала возрастая до некоторого предела, начинает затем падать. Полученный результат показывает, что пределом этого падения будет: μ0=1.

Рис.2 рядом кривых показана зависимость между m и В для разных материалов по мере приближения к насыщению.

Здесь (1) — кованое железо, (2) — сталь, (3) — кобальт, (4) — чугун,

(5) и (6) — никель, (7) — марганцевая сталь.

В ферромагнитном материале, имеющем доменную структуру, при воздействии на него встречных магнитных потоков с напряженностями поля Н1 и Н2 магнитное поле в нем будет определяться значением:

В = µ1Н1 + µ2Н2

Таким образом, воздействуя на ферромагнетик двумя встречно направленными магнитными полями, его можно вводить в глубокое насыщение с изменением магнитной проницаемости от максимального ее значения, почти до единицы.

Принцип действия магнитного основан на явлении насыщения магнитной восприимчивости магнитных материалов.

Магнетики – вещества, в которых при помещение во внешнее магнитное поле Н происходит упорядочивание хаотических микроскопических вихревых токов – магнитная поляризация. Возникающие микроскопические вихревой ток порождает дополнительное магнитное поле (поле намагничивания).

∆Н=М=Х*Н

М – намагниченность.

Х – магнитная восприимчивость.

Индукция магнитного поля В:

В=μ0(Н+М)=μ*μ0*Н

Намагничивание ферромагнетика имеет предел Bs, который достигается, когда элементарные вихревые токи одинаково ориентированны и дальнейшая поляризация невозможна. Величина магнитной индукции, при которой это происходит, называется индукцией насыщения.

При насыщение магнитная проницаемость вещества падает от очень больших значений практически до единицы.

Рис.3 Петля гистерезиса ферромагнитного

Материала

1 – намагничивания

2 – первоначального намагничивания

3 – размагничивания.

Магнитные усилители.

Простейший магнитный усилитель состоит из 2 замкнутых магнитопроводов, обмотки которых W1 включены последовательно и питаются от источника переменного напряжения ~U. Вторичные обмотки W2 включаются последовательно и навстречу друг другу, поэтому замыкание обмоток W2 на небольшое сопротивление не вызывает какого-либо изменения силы тока в первичных обмотках. Если по обмоткам W2 пропустить постоянный ток, то вследствие нелинейного характера кривой намагничивания сердечников динамическая магнитная проницаемость уменьшается и соответственно уменьшается индуктивность первичных обмоток, при этом ток в обмотках возрастает.

Такое устройство называется управляемым дросселем, который становится усилителем (см. рисунок), если последовательно с его обмотками W1 включить Rн, а вместо постоянного тока в обмотку W2 подать усиливаемый сигнал =U постоянного или медленно (по сравнению со скоростью изменения питающего напряжения) изменяющегося тока.

Мощность постоянного тока в цепи обмотки управления намного меньше мощности переменного тока рабочих обмоток, включенных в цепь потребителя. Поэтому, затрачивая малую мощность в обмотке управления (слабый электрический сигнал), можно регулировать величину переменного тока в цепи потребителя большой мощности (преобразованный сигнал большой мощности).

Магнитный усилитель принципиально отличается от лампового и транзисторного усилителей тем, что усиливаемый сигнал изменяет не внутреннего сопротивление лампы (транзистора), а индуктивность, включенную последовательно с нагрузкой Rн, в результате чего изменяется протекающий через нагрузку ток. Магнитный усилитель по существу является модулятором, в котором ток в нагрузке более высокой частоты модулируется по амплитуде усиливаемым сигналом (низкой частоты). Для получения на выходе магнитного усилителя сигнала той же формы, что и усиливаемый сигнал, устройство дополняют выпрямителем в цепи нагрузки, выполняющим роль детектора.

Существуют сотни модификаций схем и конструкций магнитных усилителей, отличающихся видом нагрузочной характеристики, способом осуществления обратной связи, числом и формой сердечников, видом усиливаемых сигналов, системой смещения, режимом работы.

Рис.4 Схема включения а) для нагрузки переменного тока, б) постоянного

Магнитные усилители могут быть выполнены с обратной связью, многокаскадными и по двухтактным схемам.

Если предусмотреть несколько обмоток управления, то получится магнитный усилитель, который эквивалентен многоэлектродной электронной лампе. При этом число обмоток управления у магнитных усилителей может значительно превышать число сеток у электронных ламп и для некоторых магнитных усилителей достигает 10—20. Такие магнитные усилители могут быть использованы для суммирования различных сигналов

Прежде всего нужно отметить, что все элементы, применяемые в магнитных усилителях, в том числе и полупроводниковые выпрямители, отличаются большим сроком службы, допускают значительные перегрузки и нечувствительны к вибрациям. Поэтому магнитные усилители отличаются высокой степенью надежности. Они не требуют периодического ухода и обслуживания и могут применяться в пожароопасных и взрывоопасных помещениях. В отличие от ламповых усилителей, магнитные усилители не нуждаются в предварительном разогреве и готовы к действию немедленно после включения источника литания. Поскольку изменение тока нагрузки осуществляется путем изменения индуктивности, в которой «расходуется» главным образом реактивная мощность, то магнитные усилители отличаются значительно более высоким КПД, чем электронные усилители, тем более, что в магнитных усилителях отсутствуют потери в цепях накала.

freepapers.ru

Магнитный усилитель

Количество просмотров публикации Магнитный усилитель - 129

Работа магнитного усилителя основана на нелинейности характеристики намагничивания магнитопровода. На крайних стержнях магнитного усилителя находится рабочая обмотка, которая состоит из двух катушек, соединённых последовательно. На среднем стержне размещается обмотка управления из большого количества витков W=. В случае если ток в неё не подаётся, а к рабочей обмотке, соединённой последовательно с нагрузкой, подведено переменное напряжение U~, то из-за малого количества витков W~ магнитопровод не насыщается, и почти всё напряжение падает на реактивном сопротивлении рабочих обмоток Z~. На нагрузке в данном случае выделяется малая мощность.

В случае если теперь пропустить по обмотке управления ток Iу, то даже при небольшом его значении (из-за большого W=), возникает насыщение магнитопровода. В результате реактивное сопротивление рабочей обмотки резко уменьшается, а величина тока в цепи — увеличивается. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, посредством малых сигналов в обмотке управления можно управлять значительной величиной мощности в рабочей цепи магнитного усилителя.

Основное назначение — управление силовым электроприводом (распространены в строительной технике), По-прежнему магнитные усилители используются в системах, измеряющих постоянные токи от тензодатчиков. Магнитный усилитель позволяет бесконтактно измерять постоянные токи в линиях электропередач. В последнее время для этого всё чаще применяют более компактные датчики Холла.

Схема магнитного усилителя

Сердечник изготавливают из электротехнической стали или других ферромагнитных материалов, к примеру из пермаллоя. Катушки Р1 и Р2 рабочей обмотки усилителя включены в цепь переменного тока. В обмотку управления У1 подводится постоянный ток. Рабочая обмотка магнитного усилителя представляет собой индуктивное сопротивление. При описании возбудителей с расщепленными полюсами подробно рассматривался процесс намагничивания ферромагнитных сердечников. В случае если вначале с увеличением магнитодвижущей силы пропорционально ей возрастают магнитный поток и магнитная индукция, то при наступлении магнитного насыщения материала сердечника практически прекращается изменение магнитной индукции, как бы ни увеличивали мы магнитодвижущую силу за счёт повышения величины тока в обмотке. Явление магнитного насыщения ферромагнитных материалов использовано в магнитном усилителе. Вследствие большого индуктивного сопротивления рабочей обмотки при отсутствии тока в обмотке управления сила тока в цепи рабочей обмотки будет весьма невелика. В случае если по обмотке управления пропустить постоянный ток и довести сердечник до магнитного насыщения, то переменный ток рабочих обмоток уже не будет создавать дополнительного изменяющегося магнитного потока. Индуктивное сопротивление рабочих обмоток резко снизится, и в соответствии с законом Ома ток, протекающий по этим обмоткам, значительно увеличится. При постепенном увеличении тока в обмотке управления также постепенно снижается переменный магнитный поток, создаваемый рабочими обмотками, и нарастает ток в цепи этих обмоток. Магнитный усилитель можно рассматривать и как регулируемый резистор в цепи переменного тока, изменение сопротивления которого производится с помощью управляющего постоянного тока. Нагрузка Rн т. е. объект, в котором ток регулируется с помощью магнитного усилителя, включается в цепь рабочих обмоток. Нагрузкой магнитных усилителей часто являются обмотки возбуждения генераторов. Чтобы через нагрузку проходил постоянный, а не переменный ток, в цепь включается выпрямительный мост В. Отношение тока нагрузки к току в обмотке управления называют коэффициентом усиления магнитного усилителя по току, а отношение мощностей нагрузки и управления — коэффициентом усиления по мощности. Коэффициенты усиления обычных магнитных усилителей обычно лежат в пределах от 50 до 200.

referatwork.ru

Магнитные усилители — реферат

Существенное достоинство магнитных усилителей состоит в том, что они могут питаться непосредственно от сети переменного тока.

Магнитные усилители отличаются высокой стабильностью и могут устойчиво работать при колебаниях напряжения и частоты источника питания в пределах ±20...40% номинала. Они могут обеспечить получение значительного усиления мощности, достигающего 103...106 в одном каскаде. Специальные магнитные усилители напряжения (магнитные модуляторы) могут быть использованы для усиления весьма слабых сигналов постоянного тока, мощность которых составляет лишь 10-19...10-17 Вт.

Основными конкурентами магнитных усилителей были полупроводниковые усилители, которые обладают лучшими динамическими свойствами, меньшими габаритами, высоким КПД и при относительно высокой надежности часто оказываются более дешевыми, чем магнитные усилители. Однако магнитные усилители смогли конкурировать в области усиления и суммирования сигналов постоянного и медленно изменяющихся токов, они обладали более высокой надежностью и перегрузочной способностью, могли быть выполнены на большую мощность и были значительно менее чувствительны к большим изменениям температуры и к радиоактивным излучениям, чем полупроводниковые усилители. Были созданы, например, магнитные усилители, способные работать при температуре окружающей среды +500° С. Максимальная мощность магнитных усилителей практически ничем не ограничена. Известны, например, магнитные усилители (дроссели насыщения), предназначенные для управления реактивной мощностью до 100 000 кВА, и быстродействующий магнитный усилитель для управления током в 160 000 А.

Перечисленные достоинства магнитных усилителей привели к их применению прежде всего в устройствах автоматического регулирования, управления и контроля. Они использовались в регуляторах напряжения, частоты, числа оборотов, температуры, давления и др., а также в измерительной технике — в схемах автоматической компенсации измеряемой величины, для усиления слабых термоэлектродвижущих сил (термоЭДС), фототоков и сигналов от тензометрических датчиков, в качестве нуль-индикаторов и т. п. Магнитные усилители применялись для управления двигателями постоянного и переменного токов в следящих системах, углом зажигания тиратронов, твердыми выпрямителями, вращающимися генераторами. Они использовались в схемах релейной защиты и сигнализации, сортировочных автоматах, вычислительных машинах и счетно-решающих приборах, автопилотах, системах автоматического управления мощными производственными агрегатами (прокатными станами, экскаваторами и т.п.) и других устройствах. Также магнитные усилители широко применялись для осуществления стабилизаторов напряжения, используемых, в частности, для питания электронных устройств.

Самым существенным недостатком магнитных усилителей являлась значительная постоянная времени (инерционность) по сравнению с электронными и полупроводниковыми усилителями, обусловленная индуктивностью обмоток управления.

Магнитные усилители с насыщающимися реакторами.

В таком магнитном усилителе используют два насыщающихся реактора L1 и L2 (рис. 5,а). Каждый из них выполнен в виде катушки 1 (рабочей обмотки) с ферромагнитным сердечником 3 и подмагничивающей обмоткой 2, по которой проходит постоянный ток (ток управления Iv).

Рабочие обмотки 1 реакторов L1 и L2 включают согласованно, чтобы переменные э. д. с. еL1 и еL2, индуцированные в них, складывались, а обмотки управления 2 включают встречно, чтобы э. д. с. ey1и ey2, индуцированные в них, были направлены навстречу друг другу и взаимно уничтожались.

Входом магнитного усилителя, на который подается управляющий сигнал Uу, являются зажимы а и b обмоток управления обоих реакторов. Выходом усилителя служат точки с и d, к которым подключают нагрузку Rн. Если нагрузка питается переменным током, то она включается последовательно с рабочими обмотками реакторов L1 и L2. Такой магнитный усилитель называют усилителем с выходом на переменном токе. Если нагрузка Rн рассчитана на питание постоянным током, то ее включают через выпрямитель В (рис. 5,б). Магнитный усилитель в этом случае называют усилителем с выходом на постоянном токе.

Источником питания магнитного усилителя служит сеть переменного тока или трансформатор, подключенный к питающей сети (когда напряжение питания отличается от напряжения сети).

Магнитный усилитель обладает способностью усиливать электрические сигналы. Это объясняется тем, что мощность, потребляемая обмоткой управления и расходуемая на ее нагрев, во много раз меньше мощности, передаваемой нагрузке Rн. Поэтому, затрачивая малую мощность в обмотке управления, можно регулировать значительно большую мощность, поступающую к нагрузке Rн. При работе усилителя не происходит какого-либо нарушения закона сохранения энергии. В данном случае передача мощности нагрузке производится не от цепи управления, а от источника питания переменного тока. Управляющий сигнал Uy постоянного тока позволяет лишь изменять значение этой мощности.

Магнитный усилитель работает следующим образом. Когда на вход усилителя не подается управляющий сигнал (напряжение на входе усилителя Uу и ток управления Iу равны нулю), сердечники реакторов не насыщены и рабочие обмотки 1 имеют большое индуктивное сопротивление. Поэтому ток в цепи нагрузки будет мал. Его называют начальным, или током холостого хода усилителя. Напряжение на нагрузке Uн (выходное напряжение) будет также мало, так как большая часть напряжения питания U теряется в виде падения напряжения IXL в рабочих обмотках. Следовательно, будет мала и мощность, поступающая к нагрузке от источника питания.

При подаче в обмотки управления 2 тока управления Iу сердечники реакторов подмагничиваются и индуктивное сопротивление XL рабочих обмоток 1 уменьшается. При этом растут ток в цепи нагрузки и поступающая к ней мощность.

Зависимость тока 1 в цепи рабочих обмоток от тока управления Iу при постоянном напряжении U источника питания называется характеристикой управления магнитного усилителя. Характеристика управления для идеализированного магнитного усилителя (рис. 6, а), симметрична относительно оси тока I, так как при изменении направления под-магничивающего тока Iу электромагнитные процессы в усилителе не изменяются.

У реального магнитного усилителя при Iу = 0 существует небольшой ток холостого хода I0 (усилитель имеет некоторое конечное индуктивное сопротивление XL) и характеристика управления (рис. 6, б) не имеет резкого перелома в точке, соответствующей Iу max.

Крутизна характеристики управления определяет коэффициенты усиления по току кi, и по мощности кр. Коэффициент усиления по току представляет собой отношение тока I в цепи нагрузки к току Iy в цепи управления, коэффициент усиления по мощности — отношение мощности Рн, передаваемой нагрузке, к мощности Ру, потребляемой обмоткой управления.

Для того чтобы ток холостого хода был по возможности мал, а рабочие участки характеристики имели большую крутизну с целью увеличения коэффициентов усиления по току и по мощности, магнитную систему реакторов L1 и L2 выполняют на тороидальных сердечниках из пермаллоя. Часто применяют сердечники, навитые из холоднокатаной стальной ленты, так же как и в трансформаторах малой мощности. Усилители большой мощности изготовляют из листовой электротехнической стали на П- или Ш-образных сердечниках. Сердечники собирают весьма тщательно. Воздушные зазоры в стыках пластин должны быть по возможности малы. При возникновении зазоров свойства усилителя ухудшаются, так как его индуктивное сопротивление меньше зависит от тока управления. Следовательно, характеристика усилителя становится более пологой — уменьшаются коэффициенты усиления по току к по мощности. Современные магнитные усилители позволяют получать коэффициенты усиления ki =100 и kp = 1000.

Магнитный усилитель, выполненный по схемам рис. 5, имеет симметричную характеристику управления, т. е. одинаково реагирует на то или иное направление тока управления. В ряде случаев требуется, чтобы ток нагрузки изменялся различным образом в зависимости от полярности сигнала управления. Для этой цели в усилителе создают некоторое начальное подмагничивание при помощи специальной обмотки, обтекаемой постоянным током Iсм. Она называется обмоткой смещения и располагается на сердечнике так же, как и обмотка управления (при наличии нескольких обмоток управления одну из них обычно используют в качестве обмотки смещения).

При включении обмотки смещения характеристика управления усилителя сдвигается влево (рис. 7, а) на величину Fсм/?y (здесь Fсм = Iсм?см — м. д. с. обмотки смещения). В этом случае при отсутствии тока в обмотке управления ток в цепи нагрузки имеет некоторое значение Iнач, которое будет увеличиваться или уменьшаться в зависимости от направления тока управления Iу. Введение начального подмагничивания одновременно повышает коэффициент усиления для малых токов Iу, поскольку при этом повышается крутизна характеристики управления.

В магнитном усилителе, составленном из двух отдельных реакторов (см. рис. 5), в каждой из обмоток управления могут индуцироваться значительные э. д. с. еу, что заставляет выполнять их с усиленной изоляцией. Поэтому часто оба реактора конструктивно объединяют в один аппарат, который имеет обмотку управления 2, общую для двух реакторов (рис. 8, а). При таком выполнении результирующий магнитный поток, пронизывающий обмотку управления, будет мал и в ней практически не будет индуцироваться э.д.с. Сердечники разделяют немагнитной прокладкой 3, при этом по каждому из стержней, охватываемых обмоткой управления, проходит переменный магнитный поток, который интенсивно перемагничивает сердечники (снимает остаточную индукцию, возникающую при изменении тока управления) и уменьшает тем самым влияние остаточного магнетизма на характеристику усилителя. В некоторых случаях магнитный усилитель выполняют на трехстержневом сердечнике (рис. 7,б).

Обычно магнитные усилители имеют не одну, а несколько обмоток управления, которые позволяют изменять выходное напряжение Uн и ток нагрузки I в зависимости от различных факторов. Например, магнитные усилители, устанавливаемые на некоторых тепловозах, имеют четыре обмотки управления.

Обратные связи в магнитных усилителях.

Магнитные усилители обычно выполняют с обратными связями, которые обеспечивают увеличение стабильности работы усилителя и повышение его коэффициента усиления.

Обратной связью в усилителе называется воздействие выходного тока или напряжения на его вход. Она может быть внешней и внутренней. Для создания внешней обратной связи в усилителях предусматривают специальную обмотку (рис. 9), которая дополнительно подмагничивает или размагничивает сердечник. Она располагается на сердечнике так же, как и обмотки управления и смещения, и питается выпрямленным током, пропорциональным току нагрузки или напряжению на нагрузке. Обратная связь может быть положительной и отрицательной. Если при возрастании тока нагрузки или напряжения на нагрузке обмотка обратной связи усиливает действие входного сигнала, то обратная связь называется положительной. Ее используют для повышения коэффициента усиления. Если же при возрастании тока или напряжения на нагрузке обмотка обратной связи ослабляет действие входного сигнала, то связь называется отрицательной. Такую связь вводят в системы автоматического регулирования для повышения устойчивости их работы.

Обычно обмотку обратной связи включают через выпрямитель, который присоединяют параллельно или последовательно нагрузке. В первом случае ток Iос в обмотке обратной связи будет пропорционален выходному напряжению Uн (обратная связь по напряжению), во втором—току Iн в цепи нагрузки (обратная связь по току). Если нагрузка питается выпрямленным током, то можно использовать один общий выпрямитель для питания нагрузки и создания обратной связи.

В магнитном усилителе с выходом на постоянном токе (см. рис. 9) имеются два реактора L1 и L2 с сердечниками 1, на каждом из которых намотаны рабочие обмотки 2, обмотки управления 3, смещения 4 и положительной обратной связи по току 5. Нагрузка Rн и обмотки положительной обратной связи по току включены через выпрямитель 6. Параллельно обмоткам 5 присоединен резистор 7, посредством которого можно регулировать ток Iос в этих обмотках. Обмотки 3, 4 и 5, расположенные на сердечниках двух реакторов L1 и L2, включены встречно, чтобы индуцируемые в них переменные э. д. с. взаимно уничтожались. Начала всех обмоток обозначены точками (при этом принимается, что все обмотки намотаны в одном направлении). Обмотки смещения 4 создают м. д. с, направленную против м. д. с. обмоток 3 и 5. Вместо двух обмоток обратной связи и смещения можно применить по одной, охватывающей стержни обоих реакторов, как это показано на рис. 8 для обмоток управления.

При наличии положительной обратной связи (когда ток Lос направлен так же, как и ток Iу) характеристика управления будет иметь большую крутизну (см. рис. 7,б). Следовательно, при этом увеличиваются коэффициенты усиления по току кi и по мощности кр.

При изменении направления тока Iос обратная связь становится отрицательной (обмотка обратной связи будет создавать м. д. с. направленную противоположно м. д. с. обмотки управления). Крутизна рабочего участка характеристики управления, а также коэффициенты усиления по току и мощности в этом случае уменьшаются.

Магнитные усилители с самонасыщением.

Положительную обратную связь можно обеспечить и без специальной обмотки обратной связи. Для этого последовательно с каждой рабочей обмоткой 2 реактора включают полупроводниковые вентили 4 (рис. 10). При таком включении по рабочим обмоткам реакторов L1 и L2 протекает выпрямленный пульсирующий ток (в один полупериод — ток i2 в другой полупериод — ток i2), постоянная составляющая которого обеспечивает дополнительное подмагничивание их сердечников 3. Следовательно в этом усилителе рабочие обмотки являются одновременно и подмагничивающими, т. е. имеет место внутренняя положительная обратная связь, при которой роль тока Iос обратной связи выполняет постоянная составляющая тока нагрузки. Коэффициент усиления по мощности такого усилителя весьма высок, так как большая часть мощности, необходимой для подмагничивания сердечников, забирается из цепи переменного тока и ток Iу в обмотках управления 1 может быть существенно уменьшен.

freepapers.ru

Магнитные усилители.

Количество просмотров публикации Магнитные усилители. - 53

Магнитные усилители используются в системах автоматики, телемеханики, в вычислительной технике и в системах автоуправления.

Устройство магнитного усилителя представлено на рис.74

Рис. 74

В случае если считать сопротивление рабочей обмотки чисто индуктивным а ток – близкий к синусоидальному, то , , где

Сопротивление (рабочей обмотки) зависит от возвратной магнитной проницаемости материала сердечника, основная кривая намагничивания которого приведена на рис.75. При отсутствии постоянного тока в обмотке управления по нагрузке течет так называемый ток холостого хода, определяемый магнитной проницаемостью

симметричного частного цикла около точки 1. и

Рис. 75

соответствующем ей сопротивлением .

При этом большая часть напряжения схемы приложена к обмотке и уравновешивается ЭДС самоиндукции этой обмотки; амплитуда изменения индукции сердечника B~- максимальна (т.1, рис 76).

Появление тока управления вызывает появление напряженности постоянного магнитного поля ; частичный цикл кривой намагничивания становится несимметричным и перемещается по мере возрастания тока управления из положения 1 в положение 2, а затем 3 (рис. 77). В случае если за возвратную магнитную проницаемость несимметричного частного цикла принять тангенс наклона касательной к кривой намагничивания в соответствующих точках 2 и 3, то по мере увеличения магнитная проницаемость материала уменьшается (рис. 75), снижается индуктивное сопротивление рабочих обмоток и ток в нагрузке увеличивается (рис. 74). Напряжение на обмотке снижается, благодаря чему уменьшается и амплитуда индукции (рис.2). Следовательно, путем изменения тока в обмотке управления, можно управлять током в нагрузке. Выполняя обмотку с числом витков, в несколько раз превышающим число витков обмотки , можно получить эффект усиления по току. В этом и заключается принцип действия магнитного усилителя. Направление тока в данном случае не имеет значения. По этой причине простейший магнитный усилитель имеет характеристику вход-выход, ᴛ.ᴇ. зависимость выходной величины от входной , не чувствительную к знаку управляющего сигнала (рис.4). Усилителю, схема которого дана на рис.1 присущи серьезные недостатки. Переменный ток наводит переменный магнитный поток, который наводит в обмотке управления, как во вторичной обмотке трансформатора, переменную ЭДС. Чтобы устранить протекание по цепи управления переменных токов, в эту цепь включена большая индуктивность L. Но эта индуктивность сильно увеличивает постоянную времени цепи управления и общие габариты. Для уменьшения ЭДС наводимой в обмотке управления, целесообразно разделить сердечник и обмотку на две равные части, как показано на рисунке. Две рабочие обмотки должны быть соединены так, чтобы создаваемые ими потоки были направлены встречно относительно обмотки управления, охватывающей оба сердечника (рис.78). При этом переменная ЭДС в обмотке управления будет равна нулю.

На рис 79 индукция Вс соответствует такому идеальному случаю, при котором все напряжение схемы приложено к рабочим обмоткам и для создания магнитного потока из сети потребляется малый ток.

Напряженность соответствует другому, тоже идеальному режиму, при котором, несмотря на протекание тока по рабочим обмоткам, последние не создают падения напряжения.

У реального магнитного усилителя рабочие точки получатся как наложение эллипса на семейство кривых намагничивания (). Точки пересечения эллипса с кривыми Н=const, снесенные на координаты , образуют в четвертом квадрате характеристику усилителя с нагрузкой в координатах , которую можно легко пересчитать в характеристику вход-выход . Напряженности зависят от величины тока:

, .

Уравнение нагрузочного эллипса

с полуосями

, и , где - действующее значение напряжения сети.

, где , где , -сопротивление измерительных обмоток и вольтметра (измерительные обмотки наматываются на оба магнитопровода).

, токи ,

В случае если в схеме МУ имеется обратная связь, то сплошная кривая примет вид пунктирной кривой (рис.7), ᴛ.ᴇ. при той же напряженность возрастет, а это приведет к увеличению коэффициента усиления, рис. 80.

В случае если в магнитном усилителе имеется обмотка смещения, то кривая сместится влево от точки 0 (рис. 81). Видим, что при увеличении положительного напряженность возрастает, а при увеличении отрицательного напряженность уменьшается.

Изменяя величины обратных связей и смещения можно получить требуемые характеристики вход-выход магнитных усилителей.

referatwork.ru