Исследование мощного однотактного магнитного усилителя

Лабораторная работа 1.

Исследование мощного однотактного магнитного усилителя.

Основные понятия.

Нереверсивный магнитный усилитель (дроссель насыщения) является простейшим электромагнитным усилителем мощности. Принцип действия такого магнитного усилителя (МУ) можно рассмотреть на примере рис.1.

Рис.1

Дроссель содержит 2 обмотки: рабочую (сетевую) с индуктивностью Lp и управляющую с  индуктивностью  Ly, Uc – напряжение питания МУ, I_~ - рабочий ток (ток в нагрузке Rн), Uвых =  I_~*Rн - выходное напряжение МУ, ₌Uвх – управляющее входное напряжение МУ.

Рабочая обмотка питается переменным напряжением, управляющая – постоянным напряжением. Из электротехники известно,  что при подмагничивании сердечника дросселя постоянным магнитным полем магнитная проницаемость стали сердечника µ_с уменьшается (рис. 2а).

Рис.2

Запишем уравнение равновесия для рабочей обмотки

~,

где - частота питающей сети

       R_p – активное сопротивление рабочей обмотки.

Отсюда, ,

где W_p – число витков рабочей обмотки

       s, l – соответственно площадь поперечного сечения и длина магнитопровода. Из полученного видно, что падение  с ростом I₌ ведет к росту I_~ при постоянстве остальных параметров и соответствующему росту Uвых=I_~*Rн.

На рис.2б показана статическая характеристика МУ.

Коэффициент усиления по току на линейном участке

Если построить аналогично статическую характеристику  ~Uвых = f(U₌) , то можно будет получить коэффициент усиления по напряжению

Произведение Ku*Ki=Kp даст коэффициент усиления МУ по мощности. МУ по схеме рис.1 имеет существенный недостаток – в управляющей обмотке наводится переменная ЭДС от рабочей обмотки. Для устранения влияния переменной ЭДС на источник используется заградительный дроссель ДР с большой индуктивностью.

На практике для устранения этого недостатка используют двухстержневую схему (рис.3),  в которой управляющая обмотка состоит из 2-х встречно включенных полуобмоток с полной компенсацией наведенной ЭДС.

Рис.3

Таким образом принцип действия МУ  может быть сформулирован так: малый по мощности управляющий сигнал постоянного тока перераспределяет мощное сетевое напряжение между сетевой обмоткой и нагрузочным сопротивлением.

Теоретическая формула для расчета статической характеристики МУ, изображенного на рис.3 выведена из теории идеального МУ в

где Wy – число витков управляющей обмотки.

Лабораторная работа 2.

Исследование мощного однотактного магнитного

 усилителя с внутренней обратной связью.

Основные понятия.

Магнитный усилитель с внутренней обратной связью (МУ ВОС) применяется при автоматизации ПТМ и СДИ, когда необходимо иметь повышенные значения коэффициентов усиления по току, напряжению и мощности, а также смещаемую начальную рабочую точку статической характеристики. Принцип действия МУ ВОС можно рассмотреть на примере рис.4.

Рис.4

Как видно из схемы МУ ВОС отличается от дроссельного МУ наличием диода Д в цепи сетевой рабочей обмотки и дополнительной обмотки смещения с индуктивностью Lсм. Включение диода Д приводит к тому, что через рабочую обмотку проходит только одна полуволна питающего синусоидального напряжения. Среднее значение за период I_~ уже не будет равным нулю как в дроссельном МУ. А это означает, что рабочая обмотка является источником постоянного подмагничивания сердечника, т.е. создает подмагничивающее поле за счет внутренней обратной связи (чем больше I_~ тем больше подмагничивание). Полярность тока подмагничивания зависит от направления включения диода Д. Таким образом начальная рабочая точка А МУ ВОС смещается либо влево, либо вправо по оси I₌ по сравнению с дроссельным МУ .

Если крутизна статической характеристики дроссельного МУ одинакова и на левой и на правой ветвях, то МУ ВОС имеет более крутую правую ветвь (ток подмагничивания создает поле, совпадающее с полем от управляющей обмотки) и имеет крутую по сравнению с дроссельным МУ левую ветвь (ток подмагничивания создает поле, противонаправленное управляющему полю).

Поскольку МУ ВОС имеет принципиально смещенную статическую характеристику, то установление начального выходного тока Iнач (при I₌ = 0). (рис.5).

Рис.5

Коэффициент усиления по току МУ ВОС также как и в дроссельном МУ определяется из линейного участка статической характеристики

Из рис.5 видно, что Ki правой ветви больше, чем левой. На практике используется более крутая ветвь статической характеристики и 2 сердечника для устранения наводок от рабочей обмотки в обмотках управления и смещения. Для расчета теоретических  коэффициентов усиления МУ ВОС по току Ki, напряжению Ku и мощности Kp на крутой ветви статической характеристики используют формулы:

 

где f – частота тока сети; Lp, Rp – индуктивность и активное сопротивление рабочей обмотки; Wy, Wp – число витков управляющей и рабочей обмоток соответственно; Ry – активное сопротивление управляющей обмотки; Rд, n – прямое сопротивление диодов и их последовательно соединенных соответственно.