Дроссельный электромагнитный усилитель.
В простейшем виде магнитный усилитель представляет собой дроссель насыщения переменного тока (рис. 61), в цепь которого последовательно с рабочей обмоткой ωр, включено сопротивление нагрузки Rн. Выходное напряжение Uвых снимается с нагрузки Rн.
Индуктивность дросселя насыщения может меняться в широких пределах за счет подмагничивания дросселя постоянным током.
Простейший магнитный усилитель или дроссель насыщения (рис.61) работает следующим образом:
На вход усилителя (на обмотку управления) подаётся
Uу - управляющее напряжение, что вызывает протекания тока управления Iу, а на рабочую обмотку подаётся U~ напряжение питания усилителя. Усиленное напряжение на выходе усилителя Uвых снимается с сопротивления нагрузки Rн.
Рис. 61. Схема дроссельного магнитного усилителя на одном сердечнике |
При питании рабочей обмотки усилителя wр переменным напряжением U~ ток нагрузки Iн, протекающий по нагрузке Rн, будет мал ввиду того, что индуктивное сопротивление рабочей обмотки велико:
где U~переменное напряжение питания магнитного усилителя;
RН - полное активное сопротивление рабочей цепи;
Хр = 2π*f*Lр - индуктивное сопротивление рабочей обмотки.
f- частота питания рабочей цепи.
Lр- индуктивность рабочей обмотки, определяемая по формуле:
wр - число витков рабочей обмотки;
SС - площадь поперечного сечения ферромагнитного сердечника;
ℓC - длина средней магнитной линии сердечника;
µс - магнитная проницаемость сердечника.
Принцип действия магнитного усилителя основан на использовании явления насыщения ферромагнитных материалов в магнитном поле, т.е. нелинейности их характеристик намагничивания.
Будем считать, что ток в рабочей цепи I является синусоидальным.
Управление магнитной проницаемостью µс, а точнее управление напряженностью магнитного поля, производится обмоткой управления Wу, в которую подается постоянный ток.
Если сигнал управления Uу = 0, а рабочая обмотка запитана переменным напряжением U~, то напряжение Uвых на выходе усилителя минимально. Если на обмотку управления Wу подать управляющий сигнал Uу, то произойдёт подмагничивание сердечника постоянным током этого управляющего сигнала, что приведёт к его насыщению. В этом случае любое небольшое изменение напряжения приводит к значительному увеличению тока в цепи рабочей обмотки.
Рис. 62. Графическое объяснение принципа действия простейшего дроссельного магнитного усилителя. |
Кривая намагничивания ферромагнитного сердечника. |
Принцип действия электромагнитного усилителя можно проиллюстрировать с помощью рис. 62.
На этом рисунке приведены кривая намагничивания ферромагнитного сердечника и кривые изменения магнитной индукции при управляющем напряжении Uу = 0и при Uу > 0.
Магнитные усилители имеют несколько обмоток управления, поэтому их можно использовать в тех системах, где требуется суммирование сигналов управления.
К достоинствам электромагнитных усилителей можно отнести:
- высокую надежность и большой срок службы;
это объясняется тем, что усилители не имеют подвижных частей. Они, как правило, работают в широком диапазоне изменения температуры, давления и влажности. Усилители взрыво- и пожаробезопасны, потому что в них отсутствуют источники искрения;
- готовность к работе после включения питания (не требуется разогрев);
- высокий КПД;
- большой порог чувствительности. Магнитные усилители могут усиливать слабые сигналы постоянного тока мощностью 10-19-10-17 Вт;
- большую выходную мощность (она может достигать сотен тысяч киловатт);
- большой коэффициент усиления по мощности (например, для одного каскада он может быть равен 106);
- уменьшение габаритов и массы магнитного усилителя с повышением частоты (400 Гц и выше).
Наиболее существенным недостатком магнитных усилителей по сравнению с электронными и полупроводниковыми усилителями является их большая инерционность, которая вызвана индуктивностью обмотки управления. Инерционность в основном определяется отставанием во времени тока управления Iу от напряжения управления Uу.
Магнитные усилители в автоматике используются в качестве усилителей мощности для управления двигателями переменного тока, а также в качестве регуляторов напряжения, частоты и температуры.
Дата добавления: 2020-11-18; просмотров: 470;