книги / Электрические аппараты автоматического управления

моткой W~~ и состоит из двух половин, расположенных на разных сердечниках, а вторая — обмоткой управления Wv. Если вклю­ чить рабочую обмотку вместе с нагрузкой под напряжение сети, то ток в цепи будет

У Я 2н+ ( 2 * ) 2

где х — сопротивление одной половины рабочей обмотки; RH~ сопротивление нагрузки.

Рис. 9.13

Если подать в обмотку управления постоянный (выпрямлен­ ный) ток, т. е. начать подмагничивать магнитную цепь, то х бу­ дет стремиться к 0. Принимая z ^ x = 0, получим

Из формул (9.1) и (9.2) следует, что ток в нагрузке изменяется от /х.х до /макс. Процесс этот совершается бесконтактно и авто­ матически.

Для магнитного усилителя (рис. 9.12, а и б) можно построить характеристику «вход — выход», которая дает зависимость меж­ ду током управления и током нагрузки /п= ф (/у) (рис. 9.13, кри­ вая а), где /у — вход, /и— выход. Отсюда следует, что поляр­ ность тока управления не оказывает влияния на величину тока нагрузки, т. е. такой магнитный усилитель неполярен. Для того чтобы избежать протекания переменного тока в обмотках управ­ ления (рис. 9 .1 2 , а, б), эти рабочие обмотки должны быть сое­ динены так, чтобы наводимые в обмотках управления перемен­ ные э. д. с. первой гармоники взаимно компенсировались. В этом

случае в один полупериод напряженности потоки, создаваемые обмотками Wy и W будут складываться в первом дросселе и вычитаться во втором, а в следующий полупериод картина будет обратной. При последовательном соединении обмоток управления (рис. 9.12, а и б) нечетные гармоники э. д. с. взаимно уравнове­ шиваются, четные гармоники не уравновешиваются и присутс­

т­

вуют в обмотках управления. Но амплитуды четных гармоник значительно меньше амплитуды первой гармоники. Если рабочие обмотки соединить параллельно, то можно полностью скомпенси­ ровать высшие гармонические четного порядка в обмотках управ­ ления. Однако в этом случае рабочие обмотки образуют короткозамкнутый контур на пути постоянной составляющей потока, а это повысит инерционность магнитного усилителя, что может оказаться неприемлемым в ряде схем.

Для схемы магнитного усилителя (рис. 9.12,6), собранной на трехстержневом Ш-образном сердечнике, рабочие обмотки рас­ полагаются на крайних стержнях, а обмотка управления — на среднем стержне. Рабочие обмотки должны быть соединены так, чтобы магнитный поток не заходил в средний стержень, что исключает наведение э. д. с. первой гармоники в обмотке управ­ ления, т. е. они должны быть соединены согласно, тогда перемен­ ный магнитный поток (первая гармоника) не будет заходить

всредний стержень, а значит, не будет наводиться переменная

э.д. с. в обмотке управления.

«Идеальный» магнитный усилитель. При анализе работы и физических процессов, протекающих в магнитном усилителе, очень часто исходят из представлений об идеальном магнитном усилителе, который не имеет потерь и рассеяния магнитных по­ токов. Кроме этого, считают, что кривая намагничивании сердеч­ ника «идеального» магнитного усилителя изображается двумя прямыми OBi и В\С (рис. 9.14, а), что позволяет более рельефно выявить свойства магнитного усилителя.

На рис. 9.14, а первая часть кривой OBi совпадает с осью ординат и соответствует бесконечно большим значениям магнит­ ной проницаемости. Вторая часть кривой BiC имеет небольшой наклон относительно оси Я. Характеристика «вход — выход» для идеального магнитного усилителя представлена на рис. 9.14,6. Если сравнить характеристику реального (рис. 9.13, кривая а) и идеального магнитного усилителя (рис. 9.14,6), то можно уви­ деть, что первая при токе управления, равном 0 , имеет значение тока нагрузки, равного /х.х, который называется током холостого хода магнитного усилителя. Для идеального магнитного усили­ теля ток холостого хода равен 0 . Характеристика идеального магнитного усилителя имеет прямолинейные участки, а реально­ го — криволинейные.

Для идеального МУ, подмагничиваемого постоянным током, характерно равенство м. д. с.

где I ^ — эффективное значение переменного тока; W^ — число витков рабочей обмотки;

/у — ток обмотки управления;

Wy — число витков обмотки управления.

9.3.2. Разновидности магнитных усилителей

Магнитный усилитель с обмоткой смещения. Если в магнит­ ном усилителе (см. рис. 9.12,6 ) добавить еще одну обмотку, наложив ее на средний стержень (рис. 9.15), и питать постоянным током, то характеристика такого усилителя примет вид, изобра­ женный на рис. 9.13 (кривые б и в ) . Эта характеристика полу­ чается путем ее параллельного самой себе перемещения (рис. 9.13, кривая а). При этом если м. д. с. обмотки смещения будет дей­ ствовать согласно с м. д. с. обмотки управления, то характери­ стика сдвинется влево относительно оси ординат, если встречно, то сдвинется вправо (рис. 9.13, кривые а и 6 ). Отсюда следует, что ток нагрузки при токе управления, равном 0 , больше тока холостого хода /ц > /х.х. Эта характеристика в отличие от рис. 9.13 (кривая а) свидетельствует о том, что магнитный усилитель перестает быть неполярным. В этом случае значение тока нагруз­ ки становится зависимым от знака тока управления, т. е. МУ становится полярным и перестает быть безразличным к знаку сигнала.

Магнитный усилитель, работающий на нагрузку постоянного тока. В практике зачастую бывает необходимо питать нагрузку постоянным — выпрямленным током. Для достижения этого необ-

ходимо в цепь рабочих обмоток МУ включить выпрямительный мост и получить схему, представленную на рис. 9.16.

Магнитный усилитель с обратной связью. Магнитный усили­ тель имеет обратную связь, если часть или весь ток нагрузки подается обратно на вход. Схема магнитного усилителя, имею-

Рис. 9.15

щего обратную связь, изображена на рис. 9.16. Из нее следует, что в данном случае весь ток нагрузки возвращается обратно на вход. Схемы МУ с обратной связью могут быть и иными, т. е. обмотка обратной связи может быть включена не только после­

обратная связь уменьшает коэффициент усиления, однако де­ лает его стабильным, исключает помехи и неустойчивую рабо­ ту МУ

Обратная связь называется внешней, если ток поступает в ее отдельную обмотку непосредственно с нагрузки (рис. 9.16). Обратная связь называется внутренней, если в качестве обмоток

Для двух сердечников, т. е. когда магнитный усилитель собран на двух сердечниках, /—= /0 и

При параллельном соединении W^ рабочих обмоток ток обрат­ ной связи равен удвоенному значению переменного тока в одной из обмоток W~~ и

9.3.3. Коэффициент усиления магнитного усилителя

Коэффициент усиления магнитного усилителя определяется отношением выходной величины (параметра) ко входной. В связи

сэтим различают коэффициенты усиления по мощности, по току

ипо напряжению.

Коэффициент усиления по мощности определяется как отно­ шение приращения мощности, выделяемой в нагрузке, к мощно­ сти управления, т. е.

при отсутствии подмагничивания; /у — ток управления МУ;

Ry — сопротивление обмотки управления МУ.

Коэффициент усиления по току определяется как отношение приращения тока в нагрузке к приращению тока управления, т. е.

Коэффициент усиления по напряжению определяется как от­ ношение приращения напряжения на нагрузке к приращению напряжения управления, т. е.

где ku — коэффициент усиления по напряжению; ДUn — приращение напряжения на нагрузке;

Д£/у — приращение напряжения управления, которому соот­ ветствует приращение Д/у.

Рассмотренные выше магнитные усилители называются дрос­ сельными. Особенностью их является то, что нагрузка, которую они питают, оказывается включенной в сеть, от которой питается сам усилитель. Однако это не всегда приемлемо. Поэтому имеют­ ся магнитные усилители, нагрузка в которых непосредственно не связана с питающей сетью. Такими магнитными усилителями являются трансформаторные магнитные усилители. В них на­ грузка может иметь напряжение, отличное от напряжения питаю­ щей МУ сети, и такой магнитный усилитель может питать не­ сколько нагрузок с различными напряжениями.

9.3.4.Конструкции магнитных усилителей

Внастоящее время магнитные усилители, как правило, изго­ товляются на двух сердечниках с внутренней обратной связью МУС (см. рис. 9.17). Магнитные усилители на Ш-образных сер­ дечниках серийно не изготовляются.

Магнитные усилители серии ТУМ. Весьма распространенной серией магнитных усилителей отечественного производства явля­ ются усилители серии ТУМ. На рис. 9.19 приведена схема сое­ динения обмоток магнитного усилителя типа ТУМ-А5-11. ТУМ имеет два тороидальных сердечника, изготовленных из холодно­ катаной текстурованной электротехнической стали. Обмотки Ai—Xi и А2—х2 образуют одну половину рабочей обмотки, рас­ положенной на одном сердечнике, а обмотки Bi— Yi и B2— Y2 об­ разуют вторую половину рабочей обмотки и расположены на втором сердечнике (рис. 9.17).

Разбивка каждой половины рабочей обмотки дополнительно на две части позволяет использовать магнитный усилитель серии ТУМ в мостовых схемах двухтактных усилителей, а разбивка

рабочих обмоток на две половины позволяем осуществлять схему с внутренней обратной связью (МУС). ТУМ-А5-11 имеет 7 об­ моток управления, каждая из которых может быть использована либо в качестве обмотки управления, либо смещения. Первая обмотка 1Н—1К имеет 50 витков, длительный ток 0,605 а, номи­ нальный ток нагрузки 0,55 а. Поэтому обмотку 1Н—1К можно

включать последовательно с нагрузкой ТУМ, а значит, исполь­ зовать ее в качестве последовательной обмотки для внешней обратной связи. Все остальные шесть обмоток управления по своему назначению одинаковы.

На рис. 9.17 приведена схема соединения ТУМ-А5-11 для ра­ боты с внутренней обратной связью, а на рис. 9 . 2 0 — характери­ стика «вход — выход» для этой схемы МУС.

В табл. 9.5 приведены основные данные магнитных усилителей серии ТУМ. В зависимости от размеров сердечников магнитным усилителям присвоены порядковые номера габаритов, возрастаю­ щих с увеличением размеров сердечников. Мощность усилителей возрастает от первого габарита к пятому.

По конструктивному исполнению магнитные усилители серии ТУМ, предназначенные для работы при частоте 50 гц, различа­ ются:

ТУМ-А — катушка смонтирована на клеммной панели из пластмассы;

ТУМ-Б — усилитель залит термореактивной массой.