книги / Электрические аппараты автоматического управления
..pdfмоткой W~~ и состоит из двух половин, расположенных на разных сердечниках, а вторая — обмоткой управления Wv. Если вклю чить рабочую обмотку вместе с нагрузкой под напряжение сети, то ток в цепи будет
/ х . х = — _ ^ ггг, |
(9 .1) |
У Я 2н+ ( 2 * ) 2
где х — сопротивление одной половины рабочей обмотки; RH~ сопротивление нагрузки.
Рис. 9.13
Если подать в обмотку управления постоянный (выпрямлен ный) ток, т. е. начать подмагничивать магнитную цепь, то х бу дет стремиться к 0. Принимая z ^ x = 0, получим
Атаке= “ 5 • |
(9-2) |
АН |
|
Из формул (9.1) и (9.2) следует, что ток в нагрузке изменяется от /х.х до /макс. Процесс этот совершается бесконтактно и авто матически.
Для магнитного усилителя (рис. 9.12, а и б) можно построить характеристику «вход — выход», которая дает зависимость меж ду током управления и током нагрузки /п= ф (/у) (рис. 9.13, кри вая а), где /у — вход, /и— выход. Отсюда следует, что поляр ность тока управления не оказывает влияния на величину тока нагрузки, т. е. такой магнитный усилитель неполярен. Для того чтобы избежать протекания переменного тока в обмотках управ ления (рис. 9 .1 2 , а, б), эти рабочие обмотки должны быть сое динены так, чтобы наводимые в обмотках управления перемен ные э. д. с. первой гармоники взаимно компенсировались. В этом
случае в один полупериод напряженности потоки, создаваемые обмотками Wy и W будут складываться в первом дросселе и вычитаться во втором, а в следующий полупериод картина будет обратной. При последовательном соединении обмоток управления (рис. 9.12, а и б) нечетные гармоники э. д. с. взаимно уравнове шиваются, четные гармоники не уравновешиваются и присутс
т
вуют в обмотках управления. Но амплитуды четных гармоник значительно меньше амплитуды первой гармоники. Если рабочие обмотки соединить параллельно, то можно полностью скомпенси ровать высшие гармонические четного порядка в обмотках управ ления. Однако в этом случае рабочие обмотки образуют короткозамкнутый контур на пути постоянной составляющей потока, а это повысит инерционность магнитного усилителя, что может оказаться неприемлемым в ряде схем.
Для схемы магнитного усилителя (рис. 9.12,6), собранной на трехстержневом Ш-образном сердечнике, рабочие обмотки рас полагаются на крайних стержнях, а обмотка управления — на среднем стержне. Рабочие обмотки должны быть соединены так, чтобы магнитный поток не заходил в средний стержень, что исключает наведение э. д. с. первой гармоники в обмотке управ ления, т. е. они должны быть соединены согласно, тогда перемен ный магнитный поток (первая гармоника) не будет заходить
всредний стержень, а значит, не будет наводиться переменная
э.д. с. в обмотке управления.
«Идеальный» магнитный усилитель. При анализе работы и физических процессов, протекающих в магнитном усилителе, очень часто исходят из представлений об идеальном магнитном усилителе, который не имеет потерь и рассеяния магнитных по токов. Кроме этого, считают, что кривая намагничивании сердеч ника «идеального» магнитного усилителя изображается двумя прямыми OBi и В\С (рис. 9.14, а), что позволяет более рельефно выявить свойства магнитного усилителя.
На рис. 9.14, а первая часть кривой OBi совпадает с осью ординат и соответствует бесконечно большим значениям магнит ной проницаемости. Вторая часть кривой BiC имеет небольшой наклон относительно оси Я. Характеристика «вход — выход» для идеального магнитного усилителя представлена на рис. 9.14,6. Если сравнить характеристику реального (рис. 9.13, кривая а) и идеального магнитного усилителя (рис. 9.14,6), то можно уви деть, что первая при токе управления, равном 0 , имеет значение тока нагрузки, равного /х.х, который называется током холостого хода магнитного усилителя. Для идеального магнитного усили теля ток холостого хода равен 0 . Характеристика идеального магнитного усилителя имеет прямолинейные участки, а реально го — криволинейные.
Для идеального МУ, подмагничиваемого постоянным током, характерно равенство м. д. с.
I ^ W * = I yWy, |
(9.3) |
где I ^ — эффективное значение переменного тока; W^ — число витков рабочей обмотки;
/у — ток обмотки управления;
Wy — число витков обмотки управления.
9.3.2. Разновидности магнитных усилителей
Магнитный усилитель с обмоткой смещения. Если в магнит ном усилителе (см. рис. 9.12,6 ) добавить еще одну обмотку, наложив ее на средний стержень (рис. 9.15), и питать постоянным током, то характеристика такого усилителя примет вид, изобра женный на рис. 9.13 (кривые б и в ) . Эта характеристика полу чается путем ее параллельного самой себе перемещения (рис. 9.13, кривая а). При этом если м. д. с. обмотки смещения будет дей ствовать согласно с м. д. с. обмотки управления, то характери стика сдвинется влево относительно оси ординат, если встречно, то сдвинется вправо (рис. 9.13, кривые а и 6 ). Отсюда следует, что ток нагрузки при токе управления, равном 0 , больше тока холостого хода /ц > /х.х. Эта характеристика в отличие от рис. 9.13 (кривая а) свидетельствует о том, что магнитный усилитель перестает быть неполярным. В этом случае значение тока нагруз ки становится зависимым от знака тока управления, т. е. МУ становится полярным и перестает быть безразличным к знаку сигнала.
Магнитный усилитель, работающий на нагрузку постоянного тока. В практике зачастую бывает необходимо питать нагрузку постоянным — выпрямленным током. Для достижения этого необ-
ходимо в цепь рабочих обмоток МУ включить выпрямительный мост и получить схему, представленную на рис. 9.16.
Магнитный усилитель с обратной связью. Магнитный усили тель имеет обратную связь, если часть или весь ток нагрузки подается обратно на вход. Схема магнитного усилителя, имею-
Рис. 9.15
щего обратную связь, изображена на рис. 9.16. Из нее следует, что в данном случае весь ток нагрузки возвращается обратно на вход. Схемы МУ с обратной связью могут быть и иными, т. е. обмотка обратной связи может быть включена не только после
|
|
довательно с нагрузкой, но и параллель |
||||||
IB |
2В |
но, и |
в |
смешанных комбинациях. |
Как |
|||
|
|
следует из рис. 9.16, МУ |
должен |
иметь |
||||
|
|
отдельную обмотку обратной связи. |
|
|||||
|
|
Обратная связь может быть положи |
||||||
|
|
тельной, отрицательной, внешней и внут |
||||||
|
|
ренней. |
Обратная |
связь |
положительна, |
|||
|
|
если ее ток имеет одинаковое направле |
||||||
|
|
ние с током управления; если это не так, |
||||||
|
|
то обратная |
связь |
отрицательна. |
Поло |
|||
|
|
жительная |
обратная связь увеличивает |
|||||
|
|
коэффициент усиления магнитного усили |
||||||
Рис. 9.17 |
теля, |
но |
не |
обеспечивает |
его стабильно |
|||
устойчивые |
|
сти, |
при |
ней могут |
быть |
помехи |
и не |
|
(самораскачивание) режимы |
МУ |
Отрицательная |
обратная связь уменьшает коэффициент усиления, однако де лает его стабильным, исключает помехи и неустойчивую рабо ту МУ
Обратная связь называется внешней, если ток поступает в ее отдельную обмотку непосредственно с нагрузки (рис. 9.16). Обратная связь называется внутренней, если в качестве обмоток
используются рабочие обмотки МУ и отдельной обмотки не тре буется (рис. 9.17). Такие МУ называются магнитными усилите лями с самонасыщением (МУС).
Характеристика «вход — выход» магнитного усилителя, имею щего внешнюю или внутреннюю обратную положительную связь, представлена на рис. 9.18, а. Для получения такой характеристи
ки поступают следующим образом: на характеристике «вход — выход» для МУ без обратной связи берут произвольную точку и образуют угол а так, как это указано на рис. 9.18, б. Луч al"
отсекает на оси абсцисс тот ток управления /", который необхо
дим в этом случае при наличии обратной положительной связи. Как следует из рис. 9.18, б, / " < / у, где /у — ток МУ без обратной
положительной связи. Если из точки /" восставить перпендикуляр
до пересечения с прямой 1па, то получим точку б, которая будет принадлежать характеристике МУ с обратной положительной связью (рис. 9.18, а) . Если продолжить такое построение для ряда точек характеристики рис. 9.18,6, то можно получить характе ристику рис. 9.18, а
tg а = Нолг |
W0.си |
(9.4) |
|
|
W^lo ’ |
W0.c — число витков обмотки обратной связи;
W^ — число витков одной половины рабочей обмотки; Ио.с — напряженность, создаваемая обмоткой обратной
связи; Н ^ — напряженность, создаваемая одной рабочей обмоткой;
/ ----- длина магнитного пути переменной составляющей поля;
/о — длина магнитного пути для постоянной составляющей магнитного поля.
k0.d = tg а называется коэффициентом обратной связи.
15 В. П. Красин
Для двух сердечников, т. е. когда магнитный усилитель собран на двух сердечниках, /—= /0 и
W |
(9.5) |
&o.c = tg а = —ур—. |
При параллельном соединении W^ рабочих обмоток ток обрат ной связи равен удвоенному значению переменного тока в одной из обмоток W~~ и
kО.с--- |
W ^ l 0 |
(9.6) |
|
|
9.3.3. Коэффициент усиления магнитного усилителя
Коэффициент усиления магнитного усилителя определяется отношением выходной величины (параметра) ко входной. В связи
сэтим различают коэффициенты усиления по мощности, по току
ипо напряжению.
Коэффициент усиления по мощности определяется как отно шение приращения мощности, выделяемой в нагрузке, к мощно сти управления, т. е.
k |
Р -Р о |
(9.7) |
||
P R y ' |
||||
|
|
|||
|
у |
у |
|
|
где кр — коэффициент усиления по мощности МУ; |
|
|||
Р — мощность, выделяемая в нагрузке; |
|
|||
Ро — мощность холостого хода |
МУ — мощность в нагрузке |
при отсутствии подмагничивания; /у — ток управления МУ;
Ry — сопротивление обмотки управления МУ.
Коэффициент усиления по току определяется как отношение приращения тока в нагрузке к приращению тока управления, т. е.
kt = |
(9.8) |
где ki — коэффициент усиления МУ по току; |
|
Д/„ — приращение тока в нагрузке; |
соответст |
Д/у _ приращение тока управления, которому |
|
вует /„. |
|
Коэффициент усиления по напряжению определяется как от ношение приращения напряжения на нагрузке к приращению напряжения управления, т. е.
kи-- Д£/„ |
(9.9) |
A tV |
|
где ku — коэффициент усиления по напряжению; ДUn — приращение напряжения на нагрузке;
Д£/у — приращение напряжения управления, которому соот ветствует приращение Д/у.
Рассмотренные выше магнитные усилители называются дрос сельными. Особенностью их является то, что нагрузка, которую они питают, оказывается включенной в сеть, от которой питается сам усилитель. Однако это не всегда приемлемо. Поэтому имеют ся магнитные усилители, нагрузка в которых непосредственно не связана с питающей сетью. Такими магнитными усилителями являются трансформаторные магнитные усилители. В них на грузка может иметь напряжение, отличное от напряжения питаю щей МУ сети, и такой магнитный усилитель может питать не сколько нагрузок с различными напряжениями.
9.3.4.Конструкции магнитных усилителей
Внастоящее время магнитные усилители, как правило, изго товляются на двух сердечниках с внутренней обратной связью МУС (см. рис. 9.17). Магнитные усилители на Ш-образных сер дечниках серийно не изготовляются.
Магнитные усилители серии ТУМ. Весьма распространенной серией магнитных усилителей отечественного производства явля ются усилители серии ТУМ. На рис. 9.19 приведена схема сое динения обмоток магнитного усилителя типа ТУМ-А5-11. ТУМ имеет два тороидальных сердечника, изготовленных из холодно катаной текстурованной электротехнической стали. Обмотки Ai—Xi и А2—х2 образуют одну половину рабочей обмотки, рас положенной на одном сердечнике, а обмотки Bi— Yi и B2— Y2 об разуют вторую половину рабочей обмотки и расположены на втором сердечнике (рис. 9.17).
Разбивка каждой половины рабочей обмотки дополнительно на две части позволяет использовать магнитный усилитель серии ТУМ в мостовых схемах двухтактных усилителей, а разбивка
рабочих обмоток на две половины позволяем осуществлять схему с внутренней обратной связью (МУС). ТУМ-А5-11 имеет 7 об моток управления, каждая из которых может быть использована либо в качестве обмотки управления, либо смещения. Первая обмотка 1Н—1К имеет 50 витков, длительный ток 0,605 а, номи нальный ток нагрузки 0,55 а. Поэтому обмотку 1Н—1К можно
включать последовательно с нагрузкой ТУМ, а значит, исполь зовать ее в качестве последовательной обмотки для внешней обратной связи. Все остальные шесть обмоток управления по своему назначению одинаковы.
На рис. 9.17 приведена схема соединения ТУМ-А5-11 для ра боты с внутренней обратной связью, а на рис. 9 . 2 0 — характери стика «вход — выход» для этой схемы МУС.
В табл. 9.5 приведены основные данные магнитных усилителей серии ТУМ. В зависимости от размеров сердечников магнитным усилителям присвоены порядковые номера габаритов, возрастаю щих с увеличением размеров сердечников. Мощность усилителей возрастает от первого габарита к пятому.
По конструктивному исполнению магнитные усилители серии ТУМ, предназначенные для работы при частоте 50 гц, различа ются:
ТУМ-А — катушка смонтирована на клеммной панели из пластмассы;
ТУМ-Б — усилитель залит термореактивной массой.
Табл. 9.5. Усилители серии ТУМ
|
|
Г абарит |
|
Технические данны е |
|
ill |
1 IV |
I |
II |
А. В ы х о д н ы е па р а м е т р ы
V
Номинальное |
напряжение |
36 |
36 |
36 |
127 |
127 |
|||
питания при 50 гц, в |
|
||||||||
Номинальный |
ток |
нагрузки |
|
|
|
|
|
|
|
Ль а |
|
|
|
|
0,15 |
0,3 |
0,6 |
0,3 |
0,55 |
Номинальное |
сопротивление |
105 |
65 |
33 |
275 |
150 |
|||
нагрузки /?,|, ом |
|
|
|||||||
Мощность на выходе / н2 RUt |
3,3 |
5,9 |
11,9 |
24,8 |
45,4 |
||||
вт |
|
|
|
|
|||||
|
|
Б. Д а н н ы е о б м о т о к у п р а в л е н и я |
|
||||||
Число |
витков |
обмоток |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
70 |
50 |
30 |
65 |
50 |
|
|
|
2 |
|
500 |
450 |
400 |
470 |
430 |
|
|
|
3 |
1500 |
1350 |
1400 |
1100 |
1000 |
|
|
|
|
4—5 |
1300 |
900 |
1100 |
1100 |
700 |
|
|
|
|
6—7 |
1300 |
900 |
1100 |
1100 |
700 |
|
Номинальный |
ток |
управле |
|
|
|
|
|
||
ния |
обмоток |
1 |
|
0,093 |
0,162 |
0,330 |
0,169 |
0,280 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
2 |
|
0,013 |
0,018 |
0,025 |
0,0234 |
0,0325 |
|
|
|
3 |
|
0,0044 |
0,006 |
0,007 |
0,010 |
0,014 |
|
|
|
4—5 |
|
0,005 |
0,009 |
0,009 |
0,010 |
0,020 |
|
|
|
6—7 |
|
0,005 |
0,009 |
0,009 |
0,010 |
0,020 |
Длительно допустимый ток |
|
|
|
|
|
||||
обмоток |
|
1 |
|
0,0165 |
0,330 |
0,660 |
0,330 |
0,605 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
о |
|
0,063 |
0,058 |
0,055 |
0,052 |
0,072 |
|
|
|
3 |
|
0,063 |
0,058 |
0,055 |
0,074 |
0,072 |
|
|
|
4—5 |
|
0,063 |
0,058 |
0,055 |
0,052 |
0,072 |
|
|
|
6—7 |
|
0,063 |
0,100 |
0,090 |
0,100 |
0,160 |
Сопротивление обмоток при |
|
|
|
|
|
||||
+20° С не |
более, |
ом |
|
4,0 |
1,0 |
0,39 |
1,75 |
0,93 |
|
|
|
|
1 |
|
|||||
|
|
|
2 |
|
57 |
59 |
60 |
82 |
64 |
|
|
|
3 |
|
166 |
175 |
204 |
134 |
151 |
|
|
|
4—5 |
|
156 |
122 |
168 |
200 |
108 |
|
|
|
6—7 |
|
169 |
79 |
125 |
103 |
46 |
Постоянная |
времени обмо |
|
|
|
|
|
|||
ток |
/, сек |
|
3 |
|
0,22 |
0,2 |
0,26 |
0,307 |
0,27 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
4—5 |
0,176 |
0,124 |
0,198 |
0,207 |
0,186 |
|
|
|
|
6 -7 |
|
0,162 |
0,192 |
0,265 |
0,403 |
0,44 |
П р о д о л ж е н и е т а бл . 9.5
Общепромышленное исполнение магнитных усилителей
|
|
Н оминальны е данны е |
|
|
Н агрузочны е обм отки |
|||||
еромН испол |
нениянагрузоч ныхобм оток |
оэфКф ициент кратности токаh t |
оэфКф ициент регулирования ЙР |
|||||||
переменное напряжение в.си |
нагрузкиток аI, |
сопротивле нниеагр уз R,киом |
число комплектов |
числовит Wков1 |
сопротивле (нение б о лее)R, ом |
|||||
Тнп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
уси л и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
теля |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
ТУМ-А1 |
1 |
36 |
0,15 |
105 |
20 |
47 |
2 |
1250 |
32,2 |
|
ТУМ-А2 |
1 |
36 |
0,30 |
65 |
20 |
54 |
2 |
850 |
11,4 |
|
ТУМ-АЗ |
1 |
36 |
0,60 |
33 |
20 |
61 |
2 |
500 |
4,35 |
|
ТУМ-АЗ |
2 |
100 |
0,09 |
700 |
10 |
25 |
2 |
1400 |
75,5 |
|
ТУМ-А4 |
1 |
127 |
0,30 |
275 |
20 |
61 |
2 |
1200 |
20,6 |
|
ТУМ-А4 |
2 |
220 |
0,17 |
875 |
20 |
61 |
2 |
2100 |
55 |
|
ТУМ-А5 |
1 |
127 |
0,55 |
150 |
20 |
66 |
2 |
800 |
9,8 |
|
ТУМ-А5 |
2 |
220 |
0,275 |
525 |
20 |
64 |
2 |
1400 |
36 |
|
ТУМ-Б1 |
1 |
36 |
0,15 |
105 |
20 |
47 |
2 |
1250 |
32,2 |
|
ТУМ-Б2 |
1 |
36 |
0,30 |
65 |
20 |
54 |
2 |
850 |
11,4 |
|
ТУМ-БЗ |
1 |
36 |
0,60 |
33 |
20 |
61 |
2 |
500 |
4,35 |
|
ТУМ-Б4 |
1 |
127 |
0,30 |
275 |
20 |
61 |
2 |
1200 |
20,6 |
|
ТУМ-Б4 |
2 |
220 |
0,17 |
875 |
20 |
61 |
2 |
2100 |
55 |
|
ТУМ-Б5 |
1 |
127 |
0,55 |
150 |
20 |
66 |
2 |
800 |
9,8 |
|
ТУМ-В1.16 |
1 |
36 |
0,15 |
105 |
20 |
47 |
2 |
1250 |
32,2 |
|
ТУМ-В1.24 |
1 |
36 |
0,15 |
105 |
20 |
47 |
2 |
1250 |
32,2 |
В ес (не б ол ее), кг
0,9
1,1
1,4
1,4
2,1
2,1
2,7
2,7
1,8
1,8
2,2
3,1
3,1
4,3
1,3
1,2
Обозначение типа складывается из букв и цифр. Первые три буквы (ТУМ) означают тороидный усилитель магнитный. За обозначением типа следует буква, характеризующая особен ности данного конструктивного исполнения. Непосредственно за буквой следует цифра, соответствующая номеру габарита, воз растающему с увеличением размеров сердечника. Номер габа рита отделен тире от двузначного числа, первая цифра которого определяет порядковый номер исполнения рабочих обмоток, вто рая — порядковый номер исполнения обмоток управления. Буква Г, поставленная через тире в конце обозначения типа, указывает на то, что усилитель предназначен для работы в условиях тропи ческого климата. Буква М, поставленная через тире в конце обо значения типа, указывает на то, что усилитель имеет морское ис полнение.
Магнитные усилители серии ТУМ-АК. Эти усилители пред назначены для работы в схемах с самонасыщением систем авто