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

прохождении через них магнитного потока значительных дополнительных н. с, в результате чего снижается коэффициент усиления. Поэтому для чувствительных усилителей применяется тороидальная форма сердечников, причем сердечники набираются либо из кольцевидных пластин, либо получаются путем свертывания длинной ленты в кольцо. В этом случае (рис. 102, е) обмотка распределяется равномерно по всему периметру сердечника. Намотка обычно выполняется на специальных станках.

В качестве материала для магнитных усилителей применяется обычная электротехническая сталь и специальные холоднокатаные

Рис. 102. Конструктивные схемы магнитных усилителей:

а - на одном Ш-образном сердечнике; б - на дух Ш-образных сердечниках; в - иа двух тороидальных сердечниках, набранных нз кольцевых пластин

стали. Специальные железоникелевые сплавы типа пермаллоя с очень высокими коэффициентами магнитной проницаемости в слабых полях используются в чувствительных и быстродействующих усилителях. Однако у некоторых из этих сплавов максимальное значение индукции ниже, чем у стали. Сплавы типа пермаллоя главным образом из-за их дороговизны применяются преимущественно для усилителей, выходная мощность которых не превыщает нескольких десятков ватт.

С повыщением частоты источника питания размеры магнитных усилителей уменьщаются, поскольку требуемое значение индуктивного сопротивления дросселя Хвр = aLgp при повыщенной частоте получается при меньших значениях индуктивности Lgp. Но с повышением частоты растут потери в ферромагнетике и увеличивается магнитный поверхностный эффект. Для ослабления этих явлений приходится уменьшать толщину пластин, а при частотах порядка десятков килогерц часто переходят уже на сердечники из полупроводниковых ферромагнетиков (ферритов), которые обладают высоким удельным сопротивлением, но более низкими

значениями индукции насыщения и магнитной проницаемости. Это приводит к возрастанию объема магнитных усилителей на достаточно высоких частотах.

Правильно сконструированные и изготовленные магнитные усилители являются весьма надежными элементами, к достоинствам которых следует отнести высокую прочность при практически неограниченном сроке службы, а также в отличие от электронных усилителей (см. гл. IX) мгновенную готовность к действию. Удобно и суммирование сигналов в магнитном усилителе, для этого достаточно иметь соответствующее число входных обмоток. Магнитные усилители нечувствительны к радиоактивным излучениям. Недостатки магнитных усилителей - сравнительно большой вес и значительная инерционность, обусловленная заметным количеством энергии, запасаемой в магнитном поле дросселя.

При внезапном изменении входного напряжения входной ток устанавливается не сразу из-за влияния индуктивности входной обмотки; выходной ток и выходное напряжение практически не отстают во времени от входного тока. Переходные явления в магнитных усилителях носят весьма сложный характер, но, как показывает опыт, магнитный усилитель, если иметь в виду линейную часть статической характеристики (см. п. 2, гл. Н), может быть замещен апериодическим звеном. Уравнение магнитного усилителя можно представить в виде

{Тр + 1) Ug, = KaUex, (174)

где Ки - коэффициент усиления по напряжению; Т - постоянная времени.

Напомним (см. п. 2, гл. II), что под Ug и Ug следует понимать уже не абсолютные значения действующих на входе и на выходе напряжений, а их отклонения относительно значений, соответствующих некоторому (например, номинальному) режиму работы усилителя.

Постоянная времени магнитного усилителя определяется отношением индуктивности входной обмотки к ее активному сопротивлению.

С увеличением частоты требуемый объем сердечника уменьшается, следовательно, уменьшается и индуктивность входной обмотки . Поэтому для уменьшения инерционности усилителя выгодно повышать, если это возможно, частоту источника питания.

Для уменьшения постоянной времени целесообразно также применять высококачественные сплавы типа пермаллоя.

Нереверсивные магнитные усилители наиболее часто используются в качестве исполнительных элементов в системах автоматического регулирования напряжения или тока.

Активное сопротивление входной обмотки из условия сохранения входной мощности должно остаться прежним.

7. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА МАГНИТНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Расчет магнитного усилителя не представлял бы особых затруднений, если бы можно было достаточно просто найти зависимость магнитной проницаемости от входного тока для работающего по определенной схеме усилителя, так как этим определились бы и соответствующие изменения индуктивности дросселя.

Прежде всего необходимо заметить, что кривая намагничивания, снятая не на постоянном, а на переменном токе, даже при отсутствии подмагничивания будет зависеть от степени отклонения формы тока в намагничивающей обмотке и формы магнитной индукции в сердечнике от синусоидальной.

Вследствие нелинейного характера зависимости В = / (Я) (непостоянство магнитной проницаемости) или ток, или магнитная индукция, либо ток и индукция одновременно должны быть несинусоидальными. Работа усилителя на малое сопротивление нагрузки приближается к случаю синусоидального изменения магнитной индукции, а работа усилителя на большое активное сопротивление - к случаю синусоидального изменения напряженности поля. Расхождение кривых намагничивания для этих крайних случаев достигает десятков процентов.

Расхождение это может быть еще более существенным при снятии семейства кривых В = f (Я) при одновременном подмагничи-вании постоянным током (рис. 103, а). Кроме того, большое дополнительное влияние оказывает схема включения. В некоторых случаях четные гармоники переменной напряженности поля Я. могут вызывать столь сильный эффект подмагничивания, усиливающий подмагничивающее действие постоянной напряженности Н, что среднее значение магнитной проницаемости может оказаться вдвое меньшим, чем при синусоидальной напряженности Я .

Таким образом, кривые намагничивания даже для одного и того же материала зависят от характера нагрузки и от схемы магнитного усилителя, а также от конструкции дросселей (воздушные зазоры, потоки рассеяния и т. д.). Это важнейшее обстоятельство всегда необходимо учитывать, приступая к расчету.

Отмеченное обстоятельство указывает, во-первых, на то, что расчет магнитного усилителя будет в значительной мере приближенным и потому практически всегда требуется экспериментальная доработка конструкции. Во-вторых, нужно с большой осторожностью относиться к гыбору кривых намагничивания, так как может оказаться, что они очень мало будут соответствовать процессам в проектируемом элементе.

При этом возникает естественный вопрос - нельзя ли воспользоваться основной кривой намагничивания, снятой для тороидального сердечника на постоянном токе, и преобразовать ее таким образом, чтобы получилось требуемое семейство кривых од-