Динамо-машины  Статические характеристики элементов 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 [ 54 ] 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127

5. ТРАНСФОРМАТОРЫ

Под ферромагнитными преобразователями будем подразумевать не имеющие подвижных частей преобразователи электрической энергии, в которых связь выхода и входа осуществляется через магнитное поле. Наиболее простым ферромагнитным преобразователем является трансформатор. Правда, трансформатор в отличие от магнитного усилителя (см. п. 6 настоящей главы) в принципе может быть изготовлен без ферромагнетика, но практически в автоматике используются только ферромагнитные сердечники (рис. 98, а).

а) б)

Рис. 98. Ферромагнитные преобразователи электрической энергии: а - двухобмоточный трансформатор; б - простейший магнитный усилитель

Если не учитывать явлений насыщения стали и полагать, что нагрузочный ток достаточно мал, то для первичной обмотки будет справедливо уравнение

Uex = riex + Lipiex, (170)

где г I и Li - активное сопротивление и индуктивность первичной обмотки.

Наводимая во вторичной обмотке э. д. с. (выходное напряжение) определится выражением

где М - взаимная индуктивность обмоток.

Если не учитывать потоков рассеяния, то, как известно,

= М,

причем соотношение индуктивностей пропорционально соотношению квадратов числа витков:

2 - 1

Отсюда

еых= Ll-piex.

(171)

Исключая из выражений (170) и (171) ток, получим

вых -рр j

Ueb. = ~hUgx, (172)

Таким образом, при сделанных допущениях трансформатор является дифференцирующим звеном, т. е. может выполнять роль корректирующего элемента. Так, стабилизирующие трансформаторы в качестве корректирующих элементов применяются в системах автоматического регулирования напряжения бортовых генераторов постоянного тока.

Однако, как и для всякого дифференцирующего звена, эффект дифференцирования наблюдается только при небольших частотах (подробнее см. п. 3, гл. XI). Если же частота входного напряжения достаточно велика, то после замены р на /со единицей в знаменателе можно пренебрегать и тогда вместо выражения (172) получим

Ueu-UexKVex. (173)

При этих условиях трансформатор является уже пропорциональным звеном с передаточным коэффициентом К и выполняет свои обычные для цепей переменного тока функции. Трансформатор может повышать напряжение, но он является пассивным элементом и его выходная мощность всегда будет меньше входной на величину внутренних потерь. Существенно, что с повышением частоты размеры трансформатора заданной мощности в отличие от электромагнита уменьшаются.

6. НЕРЕВЕРСИВНЫЕ (ДРОССЕЛЬНЫЕ) МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

В магнитных усилителях в качестве управляющего устройства используется дроссель (или система дросселей) переменного тока, индуктивность которого может меняться в широких пределах за счет подмагничивания дросселя постоянным током. В простейшей нереверсивной конструктивной схеме магнитного усилителя (рис. 98, б) выходная обмотка дросселя т включена последовательно с нагрузкой Z к источнику переменного тока напряжением Vn~ = const. При изменении величины входного напряжения IJgx будет изменяться подмагничивающее постоянное поле и магнитная проницаемость ферромагнитного сердечника дроссе-

ля fx, а следовательно, и индуктивность дросселя Lgp. В результате будет меняться ток выходной цепи 1 и соответственно падение напряжения на нагрузке их-

Здесь уместно провести некоторую аналогию со схемой индуктивного датчика (см. рис. 67, а), в которой индуктивность дросселя изменялась за счет изменения воздушного зазора. Как и в случае индуктивного датчика, выходное напряжение определяется как

и =17 -

HO индуктивность дросселя Lgp является здесь функцией входного напряжения Ug-

Рис. 99. К пояснению вида статической характеристики магнитного усилителя:

а - кривая намагничивания; б - зависимость магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля; в - статическая характеристика усилителя

При соответствующем подборе параметров напряжение, ток и мощность выходной цепи (нагрузки ZJ могут значительно превосходить напряжение, ток и мощность входной обмотки Wg, с помощью которой изменяется сопротивление дросселя переменному току и осуществляется управление потоком энергии источника питания i/ .

Общий характер зависимости выходного тока от входного показан на рис. 99, в. Кривая намагничивания ферромагнетиков В = = / (Я), если не учитывать петли гистерезиса и нелинейности при очень слабых полях, имеет, как известно, вид, приведенный на рис. 99, а. С увеличением входного тока / суммарная н. с. возрастает и магнитная проницаемость материала сердечника

М == -д уменьшается, как это показано на рис. 99, б. Индуктивное сопротивление дросселя при этом также уменьшается, а выходной ток возрастает (рис. 99, в).

Уменьшение магнитной проницаемости не зависит от направления подмагничивающего поля и потому статическая характеристика симметрична относительно оси ординат, т. е. фаза выходного тока не зависит от направления входного тока. Магнитные усилители