Общие сведения о ферромагнитных элементах автоматики

 

В основе действия ферромагнитных элементов находится явление магнитного насыщения ферромагнитных материалов и связанная с ним нелинейная зависимость B=f(H) магнитной индукции от напряженности поля в ферромагнитных сердечниках.

На этой основе работают стабилизаторы напряжения, маг­нитные усилители, бесконтактные реле, магнитные логические и запоминающие элементы.

Преимущество ферромагнитных элементов, которое заключается в отсутствии подвижных частей, вследствие чего они имеют практически не­ограниченный срок службы, не требуют постоянного ухода, обла­дают высокой надежностью.

 

Ферромагнитные стабилизаторы напряжения

Стабилизатор напряжения поддерживает постоянной величину выходного напряжения U₂ при изменении в определенных пределах напряже­ния U₁ на его входе. Ферромагнитные стабилизаторы действуют на переменном токе.

В простейшем ферромагнитном стабилизаторе напряжения имеются два последовательно соединенных дросселя Др₁ и Др₂ (рис. 12.21). К зажимам дросселя Др₂ подключается нагрузка, чаще всего активная R_н.

Рассмотренная схема стабилизации напряжения имеет ряд недостатков, в том числе относительно низкий коэффициент ста­билизации, малые величины к.п.д., cos j и др.

Трансформаторная схема. Улучшение свойств стабилизатора достигается расположени­ем его обмоток на специальном трехстержневом сердечнике (рис. 12.22). Входное напряжение подается на обмотку N₁ среднего стержня, в рабочем режиме ненасыщенного. Выходная обмотка N₂ расположена на левом стержне. Последовательно с ней вклю­чена компенсационная обмотка N_К, расположенная на правом стержне, также ненасыщенном при наличии воздушного зазора. Этот стержень можно перемещать и изменять в нем величину магнитного потока.

Выходное напряжение U₃ является разностью напряже­ний вторичных обмоток. При измене­нии напряжения в сети э.д.с. обмотки N₂ изменяется мало, так как стержень, на котором она находится, имеет малое поперечное сечение и поэтому работает в режиме сильного магнитного насы­щения. Действие компенсационной обмотки направлено на уменьшение изменений выходного напряжения стабилизатора при изменении входного напряжения.

 

Магнитные усилители

Имеют наиболее широкое и раз­нообразное применение. Их изготовляют в большом диапазоне мощностей и применяют как в точных измерительных устройст­вах мощностью в несколько долей ватта, так и в схемах автомати­ческого управления крупными установками и машинами. Преимущества: возможность усиления очень слабых сигналов постоянного тока (до 10^-19 Вт), большой коэффициент усиления по мощности более высокий к.п.д., чем у электронных и электронно-ионных усилителей, и др.

Схема простейшего дросселя с подмагничиванием постоянным током (рис. 12.23).

Изменением постоянного тока в обмотке подмагничивания (в управляющей цепи) можно изменять значение переменного тока в основной обмотке, т. е. в управляемой цепи.

Рассмотренная схема дросселя насыщения имеет существен­ный недостаток — переменный магнитный поток индуктирует в обмотке N_о переменную э.д.с., поэтому в управляющей цепи возникает переменная составляющая тока, которая искажает процесс. Этот недостаток можно устранить, если каждую из обмоток (N₁ и N_о) выполнить из двух одинаковых частей и распо­ложить на двух сердечниках (рис. 12.24). Две части каждой обмотки соединяются между собой последовательно, но части обмотки переменного тока (N₁) включаются согласно, а части обмотки постоянного тока — встречно. При таком включении в управляющей обмотке индуктируются две равные э.д.с., направленные встречно, а результирующая э.д.с. в управляющей цепи равна нулю и переменная составляющая тока не возникает.

Дроссели насыщения позволяют регулировать ток или напря­жение в электрической цепи переменного тока, мощность которой может быть во много раз больше мощности управляющей цепи.

В связи с этим дроссели насыщения применяют в различных схемах магнитных усилителей мощности, тока и напряжения.