Исследование магнитного усилителя

Цель работы: изучение схемы, принципа работы усилителя, влияние обратной связи.

Магнитные усилители

В современных системах автоматики для управления исполнительными механизмами требуется мощность, во много раз превышающая выходную мощность сигнала датчиков. Для усиления сигналов применяются различные типы усилителей. В сельскохозяйственной автоматике используются главным образом электромеханические, магнитные, электронные и гидравлические усилители, значительно реже — пневматические, ионные и электромашинные.

Магнитные усилители (МУ) благодаря своим существенным преимуществам в ряде случаев вытесняют электромашинные и электронные. Они не имеют подвижных частей, долговечны, нечувствительны к вибрациям и толчкам, устойчиво работают непосредственно от сети переменного тока при значительных колебаниях напряжения. Коэффициент усиления МУ весьма велик (10³— 10⁶), поэтому их можно использовать для усиления очень малых сигналов постоянного тока. МУ обеспечивают возможность простого суммирования нескольких сигналов. Максимальная выходная мощность МУ достигает нескольких десятков киловатт; Недостатки МУ: значительная инерционность и большая масса, зависимость коэффициента усиления от частоты и напряжения источника питания, низкий коэффициент мощности и искажение формы кривой тока нагрузки.

Магнитными эти усилители называют потому, что их работа основана на использовании зависимости магнитной проницаемости ферромагнитных материалов на переменном токе от постоянного подмагничивающего тока.

С увеличением постоянного подмагничивания магнитная проницаемость магнитопровода падает, следовательно уменьшается индуктивное сопротивление обмотки переменного тока, которое пропорционально магнитной проницаемости, а ток и напряжение на нагрузке, включенной последовательно с этой обмоткой, растут.

Конструктивно МУ представляет собой замкнутый магнитопровод, составленный из двух тороидных или двух П - образных сердечников с несколькими обмотками. На крайнихстержнях магнитопровода (рис. 1. а) находятся две секции и так называемой силовой обмотки переменного тока.

Чтобы обмотка переменного тока не наводила ЭДС в обмотке управления и других обмотках МУ их располагают на стержнях магнитопровода так, что переменные магнитные потоки взаимно компенсировали, нагрузку r_н включают в цепь переменного тока. Коэффициенты усиления МУ вычисляются по следующим выражениям:

по току

по напряжению

по мощности

где , , - изменение тока, напряжения и мощности в нагрузке при изменении соответственно цепи управления;

r_н и r_у - активное сопротивление нагрузки и цепи управления.

Магнитные усилители только с одной обмоткой управления одинаково реагируют на различную полярность тока управления, причем в начале характеристики (относительно точки 0) при незначительных токах управления усиление мало (рис. 1, в). Для создания МУ, чувствительного к полярности сигнала, и увеличения коэффициента усиления при малых токах управления применяется так называемая обмотка смешения СМ, которая получает питание от стабилизированного источника постоянного тока. Характеристика МУ с обмоткой смещения показана на рисунке 1, в.

Эффективным средством увеличения коэффициента усиления МУ оказывается введение внешней и внутренней положительных обратных связей (ОС). Схемы МУ с внешней и внутренней обратными связями показаны соответственно на рисунке 2 а и б.

Рисунок 1- Магнитный усилитель: а - общая схема; б — принципиальная схема; в — характеристика управления с обмоткой смещения.

Рисунок 2- Схемы магнитного усилителя, с внешней, (а) и внутренней обратными связями и характеристики управления (в, г).

Рисунок 3- Характеристики магнитного усилителя в релейном режиме: а - без обмотки смещения; б - магнитного поляризованного реле, в - с обмоткой смещения; г— магнитного нейтрального реле.

Основное уравнение МУ с обратной связью для прямолинейного участка характеристики управления имеет следующий вид:

Пренебрегая коэффициентом выпрямления, можно считать, что токи Тогда

Величину называют коэффициентом обратной связи по току. Принимая во внимание вышеприведенные выражения для Ku и Кр нетрудно убедиться в том, что коэффициенты усиления МУ с обратной связью.

Если коэффициент положительной обратной связи , то

МУ можно использовать в качестве бесконтактного реле.

При достаточно большом коэффициенте обратной связи его прямолинейная характеристика касается или пересекает характеристику управления магнитного усилителя в трех точках 1, 7, 4 при Iу=0 (рис. 3, а). Когда ток управления не равен нулю, прямая обратной связи ОА перемещается параллельно самой себе вправо или влево в зависимости от знака сигналов в обмотке управления.

Если ток управления МУ постепенно увеличивать, то точка 1 плавно переходит в точку 2. При дальнейшем увеличении тока Iy рабочая точка скачком перемещается во второе устойчивое положение 3, ток в нагрузке принимает значение I3, после чего меняется незначительно. Если теперь ток снижать до нуля, а затем увеличивать его в обратном направлении, то ток нагрузки будет изменяться в соответствии с участком 3-4-5 характеристики управления МУ, и при Iy = Iотп ток нагрузки Iн скачком уменьшается до значения 16, таким образом, значение Iу = Iср соответствует току срабатывания, а значение IУ =Iотп - току отпускания магнитного поляризованного бесконтактного реле (рис. 3, б). Для получения характери

стики МУ, аналогичной характеристике нейтрального электромагнитного реле

МУ необходимо дополнить обмоткой смещения и пропустить через нее такой ток, чтобы при отсутствии тока управления прямая ОА пересекала характеристику МУ всего лишь в одной точке (рис.З, в). В этом случае скачкообразное изменение тока нагрузки IН будет происходить только при положительных значениях тока управления (рис. 3, г).

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒