Исследование однотактного магнитного усилителя: Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Электрические и электронные аппараты»

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение                                    высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра автоматизированного электропривода                                               и промышленной электроники

 ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОТАКТНОГО МАГНИТНОГО УСИЛИТЕЛЯ

Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Электрические и электронные аппараты» для студентов специальности 140604 – Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов 

для всех форм обучения

Новокузнецк

2009

И89

УДК 62-50 (03)

Рецензент

кандидат технических наук, доцент заведующий кафедрой                                                   электротехники и электрооборудования, СибГИУ

М.В. Кипервассер

Исследование однотактного магнитного усилителя: метод. указ./ Сост.: А.В. Темников, О.А. Игнатенко; СибГИУ. – Новокузнецк, 2009. – 26с., ил.

Излагаются некоторые теоретические сведения об однотактных магнитных усилителях при их работе без обратной связи и с обратной связью. Даются программа  и порядок получения  статических характеристик однотактных усилителей опытным путем, а также их характеристик в релейном режиме.

Предназначены для студентов специальностей 140604 –Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов, 140610 – Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений всех форм обучения.

 

ОбЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Цель работы – изучение принципа действия и управления магнитным усилителем.

Принцип действия МУ основан на использовании явления насыщения ферромагнитных материалов в магнитном поле.

    а)                                                              б)

Рисунок 1 – Простейший дроссельный однотактный магнитный усилитель

а –  зависимость магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н; б – схема усилителя

Входной цепью МУ (рисунок 1) является обмотка управления W_y, а выходной – рабочая обмотка W_p с последовательно включенным сопротивлением нагрузки R_н. Выходное напряжение U_выхснимается с нагрузки R_н.

         Если ток в рабочей цепи I_~ синусоидален, то он находится по формуле:

,                                                       (1)

где U_~ – напряжение питания МУ;

       R–  полное активное сопротивление рабочей цепи;

       х_р – индуктивное сопротивление рабочей обмотки.

,                                     (2)

где R_p – активное сопротивление рабочей обмотки;

      L_p – индуктивность рабочей обмотки;

       – угловая частота питающей сети;

W_p – число витков рабочей обмотки;

     S_c  –  площадь поперечного сечения ферромагнитного сердечника;

     –  длина средней магнитной линии сердечника;

     –  магнитная проницаемость сердечника.

Для магнитных усилителей выбирается ферромагнетик с большой  и малой коэрцитивной силой H_c, например, пермаллой. Такой магнитный материал имеет максимально возможную чувствительность к слабым изменениям магнитного поля. Вследствие нелинейности  характеристики B= f(H) малое изменение H, связанное с постоянным током обмотки управления Wy, приводит к резкому увеличению B и уменьшению , что ведет к  значительному   уменьшению L_p и . Наблюдается резкое увеличение тока I_~ в рабочей цепи.

         Однотактные магнитные усилители относятся к нереверсивным: полярность выходного сигнала не зависит от полярности входного сигнала. Нагрузка R_н может быть включена последовательно или параллельно в сеть рабочей обмотки W_p. В первом случае МУ называют дроссельными, во втором – трансформаторными. Наиболее эффективным является построение МУ на двух одинаковых сердечниках.

                                    а)                                               б)

                                                           в)

Рисунок 2 – Однотактные МУ с параллельным (а) и последовательным (б) включением нагрузки и их статические характеристики (в)

Основной характеристикой МУ является статическая характеристика:

I_н = f(I_y),                                                    (3)

где I_н– ток нагрузки,

       I_y– ток управления.

Характеристика идеального МУ без обратной связи и смещения показан на рисунке 2. Для реального МУ ток холостого хода (I_н при I_y=0) отличен от нуля.

         Коэффициенты усиления по току k_I, напряжению k_U, мощности k_Р находятся экспериментально по статическим характеристикам и теоретически по соотношениям:

                                                            (4)

                                                      (5)

 ,                                              (6)

где Δ определяет малые приращения входных и выходных величин.