Магнитный усилитель

17 января 2013г. - 18:12
Магнитный усилитель

Магнитный усилитель мощности представляет собой статический прибор, назначение которого, используя слабый постоянный ток, менять величину переменного тока. На практике это находит применение в управлении силовым электроприводом разнообразных механизмов, в том числе в строительной технике, на транспорте, в горной и металлургической промышленности. Также их используют при создании бытовых стабилизаторов переменного тока, в конструкциях регуляторов освещения киноконцертных залов.  Диапазон их использования очень широкий.

представляет собой статический прибор, назначение которого,  используя слабый постоянный ток, менять величину переменного тока. На практике это находит применение в управлении силовым электроприводом разнообразных механизмов, в том числе в строительной технике, на транспорте, в горной и металлургической промышленности. Также их используют при создании бытовых стабилизаторов переменного тока, в конструкциях регуляторов освещения киноконцертных залов.  Диапазон их использования очень широкий.

Вот один из образцов таких приборов, ТУМ-В1-24-14У3 , что означает Тороидальный Усилитель Магнитный, (В) - ?, 1 го габарита. Цифрами далее определяется количество и типы рабочих обмоток и обмоток управления.

Тороидальный магнитный усилитель ТУМ-В1-24-14У3

Принцип работы магнитного усилителя построен на нелинейности характеристик при  намагничивании магнитопровода.  В конструкции магнитных усилителей предусмотрено три стержня, где на крайних  находятся, в качестве рабочей обмотки, две катушки последовательно соединены между собой, а на средний стержень насажена обмотка управления, имеющая гораздо большее количество витков по сравнению с рабочей обмоткой.        

При отсутствии подачи тока на обмотку управления, при том, что рабочая обмотка, соединенная последовательно с нагрузкой, находится под переменным напряжением,  магнитопровод не насыщается, а напряжение падает за счет реактивного сопротивления рабочих обмоток. Нагрузка в этом случае дополнительной мощности не получает.

В случае подачи на обмотку управления ток, даже  небольшой силы, в следствии большого количества витков  обмотки управления в магнитопроводе возникает насыщение. Это ведет к резкому уменьшению реактивного сопротивления рабочей обмотки и увеличению силы тока в рабочей цепи. Так, посылая малые сигналы в обмотку управления, можно контролировать значительные величины мощности в рабочей цепи, в которой находится магнитный усилитель мощности.  

Получив широкое признание по применению в самых разных отраслях науки и техники, магнитные усилители имеют  самые разные модификации схем и конструкции, отличающиеся по видам нагрузочных характеристик, способам выполнения обратной связи, количеством и формой сердечников, видам усиливаемых сигналов, системам смещения, режимам работы. Выбирать тип магнитного усилителя необходимо так, чтобы он обладал требуемыми коэффициентами усиления, частотами усиливаемых колебаний, соответствовал области применения.

Поле применения магнитных усилителей очень широкое, они применяются — от точных измерительных приборов до устройств, с помощью которых  автоматически управляют мощными производственными механизмами, такими как прокатные станы, экскаваторы и т.п. Такому широкому применению магнитные усилители  обязаны целому ряду преимуществ, к ним относятся длительный срок службы, высокая надежность, простота обслуживания, значительный коэффициент усиления.

Они отличаются:

  •     низким порогом  чувствительности  к сигналам постоянного тока,
  •     широким диапазоном усиления мощности,
  •     постоянной готовностью к работе,
  •     возможностью суммирования на входе нескольких управляющих сигналов,          
  •     значительной способностью выдерживать перегрузки,
  •     пожаро- и взрывобезопасностью.

Магнитные усилители отличаются стабильностью характеристик во время эксплуатации.

Простейшую схему  магнитного усилителя можно рассматривать в следующем виде:

~ U — напряжение переменного тока;

Rн — нагрузка;

W1 — количество первичных обмоток;

W2 — количество вторичных обмоток;

МС — ферромагнитные сердечники;

= U —  напряжение постоянного тока;

i1 — сила тока на выходе из первичной обмотки;

 i2 — сила тока на входе во вторичную обмотку (усиливаемый сигнал).

Магнитный усилитель

Здесь видно, что у простейшего магнитного усилителя имеется два замкнутых магнитопроводов, первичные обмотки на них  W1 включены последовательно и находятся под переменным напряжением. Вторичные обмотки W2 тоже последовательно подключены, но навстречу друг другу,  когда обмотки W2 замкнуты на небольшое сопротивление, то это не вызывает  изменений  силы тока i1 в первичных обмотках. Но когда на обмотки W2 подается постоянный ток, то  нелинейный характер кривой  намагничивания сердечников ведет к  уменьшению  динамической магнитной проницаемости с уменьшением индуктивности L1 на первичных обмотках с возрастанием тока в обмотках.

Устройство, изготовленное по схеме, изображенной выше (без сопротивления нагрузки RH), носит название - управляемый дроссель. Но его можно  превратить в дроссельный магнитный усилитель, если последовательно к его обмоткам W1 подключить нагрузку RH, а на обмотку W2  вместо слабого постоянного тока подать сигнал постоянного либо усиливаемого, либо  медленно уменьшаемого тока i2.

Коэффициент усиления по току Ki и коэффициент увеличения мощности Кр при расчете простейших магнитных усилителей  определяются по  формулам:

 

 

где Ry —  сопротивление в обмотках  W2, Δi1ср — прирост тока нагрузки, соответствующий приросту тока при сигнале Δi2, n1 и n2 — количество витков в  первичных и вторичных обмотках.

Наряду с коэффициентом усиления по току  магнитный усилитель характеризуют следующие параметры: коэффициент кратности тока, постоянная времени, добротность. Также учитываются  показатели  чувствительности, максимальной мощности в нагрузке, КПД рабочей цепи.

Так же к параметрам, характеризующим магнитный усилитель, относится коэффициент зависимости действующей или средней величины тока под нагрузкой от тока в цепи управления: Iн =f ( Iу)

Обозначим ток на холостом ходу усилителя  Iо, а ток при максимальной нагрузке - I к. Допустим, что перед нами идеальный усилитель, тогда  отсутствующий входной сигнал (I у = 0) приводит к нулевому показателю и выходного сигнала (I н = 0). Но на практике в цепях имеются погрешности. Поэтому, чтобы определить их роль в работе усилителя, введен  коэффициент отношения величины максимального тока к величине тока холостого хода и дали ему название коэффициент кратности тока   К = Iк  / Iо. Этот параметр один из важных характеристик магнитного усилителя, чем выше этот коэффициент, тем качественнее усилитель.

  Т - постоянная времени, ею характеризуется быстродействие усилителя, она определяется как отношение индуктивности к активному сопротивлению обмотки управления

Т= Ly/ R

Добротность - это универсальный параметр, он определяется с учитом коэффициентов усиления и быстродействия:

D = kP/T.

Расчет магнитных усилителей проводится по всем этим показателям.

Читайте также:
22 января 2013г. - 7:46
Бурение скважин на воду – это очень перспективный вид бизнеса, посколь...
07 декабря 2012г. - 7:35
Общие представления о рулевых редукторах   Наверное ни для кого не...
Видео по теме с YouTube: