ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО УСИЛИТЕЛЯ

ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО УСИЛИТЕЛЯ

Цель работы: ознакомление с принципом работы, конструкцией и снятие статических характеристик магнитного усилителя с внутренней обратной связью.

1. 
   Принцип работы и рабочий процесс в магнитном усилителе с внутренней обратной связью
   

В системах автоматики довольно широкое применение находят магнитные усилители (МУ), работа которых основана на нелинейных свойствах некоторых ферромагнитных материалов. Широкому распространению МУ способствуют такие их качества, как надежность в эксплуатации и длительный срок службы; нечувствительность к механическим воздействиям (ускорениям, ударам, вибрациям), изменениям температуры среды, радиации; высокая перегрузочная способность; большой коэффициент усиления, высокий КПД.

__

Рис.1.1. Устройство дросселя и схема включения однополупериодного МУ

________________________________

* В некоторых работах используется термин “МУ с самонасыщением”.

Наводимая ЭДС практически уравновешивает приложенное напряжение, поэтому ток нагрузки в этом интервале, называемый намагничивающим током, относительно мал. Его величина определяется коэрцитивной силой материала сердечника.

Рис.1.2. Перемещение рабочей точки МУ по петле гистерезиса (а) и временная диаграмма (б)

где Q – сечение сердечника.

В свою очередь α_н определяется начальным значением индукции B₁, которое является функцией входного тока I_у. При некотором значении I_y = I_{y max} индукция B₁ такова, что время намагничивания сердечника становится равным половине периода, при этом α_н = π; U_н.ср = 0. Этот режим называют режимом минимального выхода. Уменьшение тока I_y вызывает перемещение точки 1 на петле гистерезиса вверх; время, необходимое для перемагничивания сердечника до индукции +Bs , сокращается, что приводит к уменьшению угла α_н и увеличению напряжения на нагрузке. Если I_y = 0, то перемещения рабочей точки вниз в отрицательные полупериоды не происходит, и к началу очередного положительного полупериода индукция становится равной +Bs. Угол насыщения в этом режиме ранен нулю, а напряжение на нагрузке максимально. Аналитическая зависимость между выходной U_н.ср. и входной I_y величинами достаточно сложна и для практических расчетов неудобна.

Поэтому на практике обычно пользуются характеристиками "вход-выход", снятыми экспериментально (рис. 1.3, кривая 1). В своей средней части такие характеристики достаточно хорошо аппроксимируются прямыми линиями.

Рис.1.3. Характеристики “вход-выход” МУ:

1 – I_см = 0; 2 – I_см = I_{y max}
Такой вид характеристики, когда увеличение абсолютного значения входной величины приводит к уменьшению выходной, не всегда удобен. Поэтому на сердечнике обычно размещают еще одну обмотку – обмотку смещения ω_н, ток которой при настройке устанавливается равным I_см = I_{y max} и в дальнейшем не изменяется. Обмотка управления включена навстречу обмотке смещения (рис. 1.4),поэтому увеличение управления приводит к снижению общей управляющей намагничивающей силы, а значит, и к увеличению выходного напряжения.

На обмотку управления поступает усиливаемый входной сигнал в виде постоянного напряжения U_y. Рабочая обмотка включается последовательно с нагрузкой R_н. Питание усилителя производится переменным синусоидальным напряжением через диод VD. Для нормальной работы усилителя токи в обмотках ω_у и ω_см должны быть противоположны.

где R_y – сопротивление цепи обмотки управления.

Пусть величина тока управления такова, что к концу отрицательного полупериода индукция в сердечнике равна В₁ (точка 1 на петле гистерезиса (рис. 1.2, а)). В начале положительного полупериода к рабочей обмотке через диод прикладывается напряжение U_n = U_nm sin ωt, вследствие чего сердечник начинает перемагничиваться и индукция возрастает, стремясь к значению +Bs.

Если ω_у = ω_см, то режим максимального выхода имеет место при I_у = I_см, а характеристика "вход-выход" смещается вправо и приобретает вид кривой 2 (см.рис.1.3).

U_см

Рис.1.4. Схема МУ с обмоткой смещения

Рис.1.5. Конструкция дросселя двухполупериодного МУ

а коэффициент пульсации – вдвое меньше. Кроме дросселя, двухполупериодный МУ содержит 2 или более диодов. В зависимости от способа соединения рабочих обмоток МУ может иметь выход постоянного или переменного тока.

2. Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд содержит двухполупериодный магнитный усилитель, блок питания с силовым трансформатором и выпрямителем и измерительными приборами для измерения токов нагрузки, управления, смещения и входного напряжения.

Схема для испытания МУ приведена на рис. 1.6.

В качестве нагрузки при испытании МУ применяется осветительная лампа 24 В, З0 Вт или двигатель постоянного тока. Резисторы переменного сопротивления R1, R2 включенные потенциометрами, служат для регулирования токов смещения и управления.

Рис.1.6. Схема испытания МУ

2. Перечислите преимущества и недостатки магнитного усилителя.

3. Какие материалы применяются для сердечника дросселя магнитного усилителя?
4.3адание

1. 
   Изучить конструкцию, схему включения и рабочий процесс двухполупериодного МУ. Снять и построить характеристики управления МУ: