Магнитный усилитель с самонасыщением

Для магнитного усилителя с самонасыщением (МУС) характерным является то, что по каждой из его рабочих обмоток могут протекать только однополупериодные импульсы выходного тока. Схема МУС с выходом на переменном токе приведена на рис. 5.1.

В тех полупериодах напряжения сети, когда открыт диод D1, по первой рабочей обмотке течет выходной ток и, следовательно, первый сердечник находится под воздействием двух напряженностей: H_р и H_у. Эти полупериоды для левой половины схемы являются рабочими, так как она «отдает» в нагрузку ток. При этом действие рабочей цепи на сердечник 1 настолько превышает влияние цепи управления, что током управления можно пренебречь.

В следующих полупериодах, которые называются управляющими, диод D1 закрыт. Поэтому H_р =0 и на сердечник 1 действует напряженность, создаваемая током управления.

 

Рис. 5.1

 

Схемы двухполупериодных МУС строятся таким образом, чтобы рабочий полупериод одной половины схемы совпадал по времени с управляющим полупериодом второй.

Рабочая и управляющая напряженности направлены навстречу друг другу. Поэтому в рабочие полупериоды напряжения сети сердечники намагничиваются до положительного насыщения, а управляющий сигнал, создаваемый током в , размагничивает их от в направлении отрицательных индукций. Физические процессы в МУС легко уяснить с помощью диаграмм на рис. 5.2. Исходное состояние соответствует началу рабочего полупериода левой половины схемы (точка 0, рис.5.2,а,б), когда индукция первого сердечника начинает изменяться со значения , достигнутого в предыдущем полупериоде под действием входного сигнала .

 

а б

Рис. 5.2

 

С возрастанием напряжения сети сердечник перемагничивается в состояние 1. При этом через нагрузку протекает незначительный ток . Индукция , постоянная на участке (0 - 1), возрастает затем по косинусоидальному закону и в момент достигает насыщения. В оставшуюся часть полупериода напряжение сети прикладывается к нагрузке.

В это же время правая половина схемы находится в управляющем полупериоде. Сигнал управления размагничивает сердечник 2 от до . Для двухполупериодных схем характерным является то, что размагничивание сердечников в управляющих полупериодах происходит с той же скоростью, с какой изменяется индукция в рабочих полупериодах. Поэтому суммарный поток, охватываемый обмоткой управления , остается почти неизменным и, следовательно, наводимая в э.д.с. близка к нулю.

Выходное напряжение МУС определяется разностью между и падением напряжения на обмотке того сердечника, который находится в рабочем полупериоде, т. е.

.

Это равенство, записанное для средних значений за полупериод, сводится к виду [1]:

,

где - коэффициент полезного действия рабочей цепи. Таким образом, среднее значение напряжения нагрузки зависит только от диапазона перемагничивания сердечников . Поэтому управление схемой сводится к изменению величины за счет тока управления.

Уменьшенный входной сигнал (рис. 5.2, а) способен размагнитить сердечники в управляющих полупериодах на величину , что приводит к сокращению диапазона перемагничивания. Момент насыщения сердечников достигается раньше, и напряжение на нагрузке растет. При нулевом управляющем сигнале к нагрузке прикладывается максимальное напряжение, а режиму холостого хода соответствует наибольший входной сигнал.

Регулировочная характеристика МУС представлена на рис. 5.3. Высокий коэффициент усиления на рабочем участке (2-3) характеристики объясняется тем, что входной сигнал используется только для размагничивания сердечников усилителя в

Рис. 5.3 управляющих полупериодах. Поэтому усилитель с самонасыщением практически любой мощности требует одной и той же управляющей напряженности , которая соответствует достижению режима холостого хода в точке 2 регулировочной характеристики. Этим и объясняется тот факт, что МУС по своим характеристикам приближается к схемам с внешней ПОС при .

Максимальное значение напряжения сети, которое может быть подано на схему для обеспечения высокой кратности регулирования, называется предельным и равно

.