3379 ЭЛEМЕНТЫ МАГНИТНОЙ ТЕХНИКИ

РАБОТА   № 1

МАГНИТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ВНЕШНЕЙ ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

 

Схема магнитного усилителя без обратной связи (рис.1,а) со­держит две цепи: рабочую и управляющую. Рабочая цепь питается от источника переменного напряжения uc и представляет собой последовательное соединение сопротивления нагрузки RH и двух рабочих обмоток Wp1, и Wp2 дросселей. Усиливаемый  (управляющий) сигнал постоянного тока подается в общую для двух дросселей об­мотку управления Wy .

Нет смысла выполнять усилитель на одном сердечнике, так как в этом случае из рабочей обмотки в Wy трансформируется пере­менная ЭДС. Чтобы исключить протекание переменного тока в цепи управления, потребовалось бы включение балласта, обладаю­щего очень высоким сопротивлением на частоте питающей сети. Из этих соображений оказывается более целесообразным примене­ние двух сердечников и встречное включение Wp1 и Wp2 относительно обмотки управления.


Предположим, что соединение рабочих обмоток, показанное на рис.1,а, приводит к тому, что ЭДС, наведенные в цепи управ­ления из Wp1 и Wp2, суммируются. Если поменять выводы обмотки Wp2 (рис.1,б), то ЭДС, наводимая из нее в обмотку управления, инвертируется, что равносильно вычитанию двух практичес­ки одинаковых напряжений. Правильным считается такое соедине­ние рабочих обмоток, при котором переменная ЭДС в цепи управления минимальна.

На работу магнитного усилителя оказывает большое влияние относительное сопротивление входной цепи. Подавляющее большинство усилителей работает в режиме "Zy®0 .

Подобный анализ прово­дится обычно для мгновенных значений величин. При таком подходе кривые токов в обеих цепях, напряжений на рабочих обмотках и наг­рузке получаются явно выраженной несинусоидальной формы. Это означает, что для точного аналитического расчета режима требуется использовать нелинейные методы анализа. Несмотря на то, что такое рассмотрение лучшим образом соответствует физике работы усилителей, в инженерной практике нашли более широкое применение из-за своей простоты графоаналитические методы расчета, основанные на представлении рабочих обмоток усилителя линейной индуктивностью.


Схема замещения рабочей цепи усилителя (рис 2,а) сводится к последовательному соединению нагрузки и усредненной за полупе­риод напряжения сети индуктивности рабочих обмоток Lp. Величина Lp в пределах периода напряжения сети считается постоянной. Ее можно изменять лишь путём изменения тока управления.

Действительно, появление постоянной напряженности управления      (рис 2,б) смещает рабочий режим по кривой намагничивания вправо от оси ординат. Это приводит к уменьшению магнитной проницаемости m = , а следовательно, и к уменьшению Lp , т. к. Lp = .

По мере увеличения сигнала управления (увеличения Н_ ) индук­тивность рабочих обмоток будет уменьшаться, что приведет к увели­чению тока нагрузки

.

 

Для каждого значения Lp может быть построена векторная  диаграмма рабочей цепи, где через Up обозначено напряжение на рабочих обмотках усилителя. Каждая из диаграмм характеризует­ся уравнением   , которое после преобразований сводится к уравнению эллипса: . Эллипс нагрузки устанавливает связь между напряжением на рабо­чих обмотках     и током нагрузки   ; - это амплитуда индукции в сердечниках, которая имела бы место, если бы к рабочим обмоткам усилителя было приложено всё напряжение сети. А H~k3 соответствует макси­мально возможному току нагрузки, который обычно называется током короткого замыкания Iкз =.

Уравнение эллипса нагрузки используется для получения регу­лировочной характеристики усилителя   путём совмещения эллипса с семейством кривых намагничивания. Регулировоч­ная характеристика в масштабе напряжённостей построена на рис. 3 для трёх значений сопротивления нагрузки.

Кроме уже упоминавшегося режима короткого замыкания характеристика имеет так называемый режим холостого хода, при котором по нагрузке протекает минимально  возможный ток I~хх. Глубину регулирования тока нагрузки обычно оценивают по коэффициенту кратности регулирования .Между этими


двумя граничными режимами (ХХ и КЗ) заклю­чён рабочий участок характеристики, который, как правило, близок к линейному и, будучи построен   в масштабах напряженностей, располагается под углом 45° к осям координат. Последнее объяс­няется тем, что работа усилителя без обратной связи подчиняется основному закону магнитного усилителя без обратной связи: Нуср = Н~ср . Из этого равенства легко получается уравнение регули­ровочной характеристики в аналитической форме . Из этого уравнения видно, что ток нагрузки определяется только величиной тока управления и в некоторых пределах не зависит ни от величины нагрузки, ни от напряжения сети. Последним объяс­няется тот факт, что такая схема усилителя проявляет свойст­ва управляемого источника тока.

 

Отношение витков управляющей и рабочей обмоток называют коэффициентом усиления по току . Такой вид его урав­нения с одной стороны определяет высокую стабильность характе­ристики усилителя, а с другой - очень низкий коэффициент усиле­ния по току, т.к. существует много препятствий на пути ис­кусственного увеличения Wу (это не технологично, ухудшают­ся динамика и энергетика усилителя и т.д.). Значительно повысить коэффициент усиления можно путём вве­дения положительной обратной связи. Суть этого приема состоит в том, что ток нагрузки выпрямляется и заводится в специальную обмотку Wnoc ,создавая напряжённость Нпос, действующую сог­ласно с напряжённостью обмотки управления. Основной закон магнитного усилителя для этого случая записывают в виде: , который после перехода к токам дает новый вид регулировочной характеристики: , где  - коэффициент положительной обратной связи. Нетруд­но  видеть, что по мере приближения Wпос к числу витков рабочей обмотки большая часть напряжённости постоянного поля Hср создается обмоткой Wпос, а на долю обмотки управления ос­таётся незначительная часть Нуср. Это равносильно увеличению общего коэффициента усиления по току KIпос и мощности KРпос:

;   .

Учёт влияния положительной обратной связи на характеристи­ку усилителя может быть выполнен графически, как это показано на рис. 4. Вначале проводится линия обратной связи (л.о.с.) под углом    к оси ординат. На характеристике выбирается произвольная точка, из нее   проводится луч параллельно линии обратной связи до пересечения с осью абсцисс.

Из найденной точки восстанавливается перпендикуляр до пересечения с горизонталью, проходящей через точку Q. Подобные построения выполняют для ря­да других точек и строят регулировочную характеристику учитываю­щую влияние обратной связи.

Целью лабораторной работы является исследование характерис­тик магнитного усилителя с внешней положительной обратной связью.



 
Схема производства вулканизации. влагомер Самодельный влагомер