Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Электротехнические устройства радиосистем

..pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
20.11.2023
Размер:
14.55 Mб
Скачать

ного состояния сердечника, и характеристика управле­ ния окажется симметричной относительно оси токов ра­ бочих обмоток.

Внешние характеристики магнитного усилителя (рис. 5-9) представляют собой зависимости напряжения на рабочих обмотках от тока управления [(У_ = / ( / у)] при неизменном токе рабочих обмоток (/_ — const). Так как ток рабочих обмоток

неизменен, то

напряжение

пропорционально

индуктивному

сопротивлению

обмоток, т.

е. U^ = I^ X ^

X 'Х/ц. Таким

Рис. 5-9. Внешние харак­

Рис. 5-10. Нагрузочные ха­

теристики

магнитного

рактеристики

магнитного

усилителя.

 

усилителя.

 

образом, внешние характеристики в ином масштабе яв­ ляются зависимостями магнитной проницаемости мате­ риала магнитопровода от тока управления. С увеличе­ нием тока управления уменьшаются магнитная прони­ цаемость и индуктивное сопротивление обмоток, вслед­ ствие чего понижается и напряжение. При увеличении тока рабочих обмоток напряжение на них повышается и внешняя характеристика смещается вверх. Снимая внешние характеристики при различных токах рабочих обмоток, можно построить ряд кривых.

Нагрузочные

характеристики

магнитного

усилителя

(рис.

5-10) представляют собой зависимости напряжения от

тока

рабочих обмоток

((7_ =

f ( /J ]

пои неизменном токе

упоавления ( /у=

const).

За

счет

нелинейности

магнитной

хаоактеристики магнитная проницаемость материала

сердеч­

ника

и, следовательно,

индуктивное

сопоотивпение

рабочих

обмоток непостоянны, вследствие чего нагрузочная харак­ теристика (U^ 1^Х) не будет линейной. При отсутствии

тока в обмотке управления нагрузочная характеристика

6 ином масштабе является магнитной характеристикой материала магнитопровода. При увеличении тока в об­ мотке управления уменьшаются индуктивное сопротив­ ление рабочих обмоток и напряжение на них (при рав­ ных значениях тока /_). Таким образом, с увеличением тока управления нагрузочные характеристики смещают­ ся вправо.

Рабочим участком внешних и нагрузочных характеристик является их линейный участок, где приращениям тока (на­ пряжения Uy) управления соответствуют наибольшие при­ ращения напряжения U т. е. обеспечивается наибольший коэффициент усиления по напряжению (feu = Д[/_/АУу).

Таким образом, коэффициент усиления магнитного усилителя определяется крутизной его характеристик (управления, внешней и нагрузочной), которая зависит от магнитных свойств материала сердечника и его сбор­ ки. Чем выше магнитная проницаемость, тем больше крутизна характеристик и коэффициент усиления. Воз­ никновение немагнитного промежутка в сердечнике при­ ведет к резкому уменьшению магнитной проницаемости и снизит усиление.

 

Обычно

все

характеристики

магнитных^ усилителей

строят в

иных координатах.

Вместо тока обмотки управле­

ния

/ у

вводят

удельную

намагничивающую

силу

этой

обмотки awy, вместо тока рабочей

обмотки /_ — удельную

намагничивающую

силу

aw_,

вместо

напряжения

V^

4£уВмакс.

 

 

 

 

 

силы обмоток определяются

 

Удельные намагничивающие

соотношениями

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

awy = ~

Jj 9

а/см;

aw_ =

, ajcM,

(5-2)

где

Wy и

 

— число

последовательно соединенных витков

обмоток

управления и

рабочих

соответственно;

/ у и

длина средней магнитной

линии постоянного и переменного

магнитных полей соответственно.

Если пренебречь сопротивлением рабочих обмоток, то

напряжение можно принять численно равным э. д. с.,

т. е,

U^ — E =

J4>MaKc = 4£/ВМаксОУJ S C,

(5-3)

где kf — коэффициент

формы кривой напряжения;

/ —

172

}Uu
Рис. 5-11. Последовательное включение магнитного уси­ лителя с нагрузкой.
Рис. 5-12. Распределение на­ пряжения на магнитном усили­ теле и нагрузке.

частота тока питающей сети; Sc — поперечное сечение сердечника; ВМ£Шс — амплитуда магнитной индукции пе­ ременного поля.

Так как частота тока сети известна, а число витков рабочих обмоток и поперечное сечение сердечника опре­ деляются напряжением и мощностью магнитного уси­ лителя, то магнитные свойства материала характери­ зуются величиной 4&/ВмаксПоэтому для различных ма­ териалов приводятся внеш­ ние -и нагрузочные характе­ ристики в координатах

4£/5Макс=/(яа;у) «п-ри a w „ = = const и 4&/Вмакс= / ( a w j

при ao;y=const. Эти характе­ ристики позволяют произве­ сти расчет магнитного усили­ теля.

На рис. 15-11 изображе­ на -схема включения рабо­ чих обмоток магнитного уси­ лителя последовательно с нагрузкой.

Если нагрузка усилителя может потреблять только постоянный ток, то она под­ ключается к выходу усили­ теля через выпрямитель.

Вслучае, когда нагрузка

усилителя идеально активная, а сопротивление рабочих обмоток является идеально реактивным (активным со­ противлением можно пренебречь), то приложенное на­ пряжение U^ распределяется между рабочими обмот­ ками магнитного усилителя UM и нагрузкой Uu, причем t/M опережает по фазе £/н на четверть периода. На рис. 5-12 изображены векторы напряжений на нагрузке и на рабочих обмотках МУ, причем вектор U"м соот­ ветствует большему намагничиванию сердечника* чем вектор £/'м. Ток в нагрузке и в рабочих обмотках МУ изменяется за счет изменения постоянного намагничи­ вания сердечника. Таким образом, максимальному току нагрузки соответствует минимальное индуктивное со­ противление рабочих обмоток магнитного усилителя и, наоборот, минимальному току нагрузки соответствует

U~ — V 4 . M H H + У н .м а к с И U~ = V и 1.ткс+и1.ыт

Выбрав на внешних или нагрузочных характеристи­ ках (см. рис. 5-9 и 5-10) точку а, соответствующую ми­ нимальному току нагрузки, определим величину £/м.Макс-

Пределы изменения тока нагрузки (/н.мин и /„.макс) все­ гда заданы, и на кривой, соответствующей максималь­ ному току нагрузки (точка б иа рис. 5-9 и 5-10), опре­ делим 17м.минОтношение предельных значений напря­ жения на рабочих обмотках магнитного усилителя ^7м.макс/^м.ми11==/м позволит определить предельные зна­ чения напряжения на рабочих обмотках МУ и на входе

м.макс* и .МИП* US)'

5-4. ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ И КО М П ЕН С А Ц И Я В М А ГН И ТН Ы Х У С И Л И Т Е Л Я Х

Для увеличения коэффициента усиления в магнитных усилителях вводится положительная обрат­ ная связь. При внешней обратной связи на сердеч­ нике, помимо обмоток управления, помещается обмотка обратной связи, включенная последовательно с рабо­ чими обмотками через вентили, соединенные по мосто­ вой схеме (рис. 5-13), с тем чтобы ток в обмотке об­ ратной связи был постоянным по направлению и созда­

вал дополнительное постоянное намагничивание

сердеч­

 

 

 

 

ника за счет действия управ­

му

^

 

ляющей

обмотки.

 

 

 

 

На рис.

5-14

изображена

'ч-

 

 

 

 

 

 

характеристика

управл ения

 

 

 

 

магнитного

усилителя,

из

 

 

 

 

которой следует, что для по­

 

 

 

 

лучения тока в рабочих об­

 

 

 

 

мотках

Г

источник

управ­

Рис. 5-13. Схема

включения

ляющего

 

сигнала

 

должен

создать

удельную

НС

aw'y.

обмотки

обратной

связи.

При

введении

обратной

 

 

 

 

 

 

 

 

связи ток в обмотке

и,

сле­

довательно, ее удельная НС awQ.с пропорциональны

то­

ку

рабочих

обмоток (рис.

5-15). Если зависимость

удельной

НС

обмотки обратной связи изобразить

на

рис.

5-14,

то

легко увидеть,

что необходимая удельная

174

НС управления aw"y уменьшится, так как намагничи­ вание сердечника частично обеспечивается током обмот­ ки обратной связи (аш"0.с)- Таким образом, обмотка обратной связи позволяет уменьшить как удельную НС (awy), так и мощность в цепи управления, т. е. увели­

чивает

коэффициент усиления

маг­

 

 

 

нитного

усилителя.

 

 

 

 

 

ч

/<MQC

Обратная связь может быть обе­

 

 

 

спечена

без

использования

специ­

ах£& 1 // 11

альной обмотки, и магнитный уси­

литель

в этом

случае

называется

 

/

1

усилителем

с

внутренней

обратной

ос /

/

1

1

связью.

Для обеспечения

постоян­

 

 

1

ного

намагничивания

сердечника

 

 

1

 

 

1

в цепи

рабочих обмоток

включены

 

 

! awn

вентили (рис.

5-16). При

этом

ток

 

 

 

S==d-----

рабочих обмоток, не изменяя на­

 

 

 

 

правления,

содержит как

перемен­

 

 

 

ную, так и Постоянную составляю­

 

 

 

щие

и

постоянное

подмагничивание

Рис. 5-14. Характери­

сердечника

обеспечивается

постоян­

стика

управления маг­

ной

составляющей

тока рабочих об­

нитного усилителя

моток.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Как внешняя, так и внутренняя

 

 

 

обратные связи изменяют

характе­

 

 

 

ристику управления магнитного уси­

 

 

 

лителя, поворачивая ее

относитель­

 

 

 

но вертикальной оси (см. рис. 5-14)

 

 

 

так, что осью ординат становится

 

 

 

линия aw0'C вместо оси

/_ .

На

 

 

 

рис. 5-17 изображена характеристи­

Рис.

5-15

Зависи­

ка управления

магнитного

усилите­

мость

намагничиваю­

ля без обратной связи 1 и с обрат­

щей

силы

обмотки

ной связью 2.

При

введении

обрат­

обратной связи от do-

ной

связи крутизна характеристики

ка рабочих

обмоток.

увеличивается,

повышая

коэффи­

 

 

 

циент

усиления.

Изменение

 

направления

тока в об­

мотке

управления

(или

катушке

обратной

связи)

сделает обратную связь отрицательной и уменьшит ко­ эффициент усиления, так как при этом намагничиваю­ щие силы обмоток управления и обратной связи окажут­ ся направленными встречно, что приведет к ослаблению результирующего магнитного поля постоянного подмагничивания.

Компенсационная обмотка (обмотка смещения) по­ мещается вместе с другими обмотками постоянного тока (с обмоткой управления и внешней обратной связи). Эта обмотка включается в сеть постоянного тока какоголибо постороннего источника (выпрямитель и стабили­ затор) так, что намагничивающая сила этой обмотки

'V

- м -

0— 0

- н -

Рис. 5-16. Схема соеди­ нения рабочих обмоток магнитного усилителя с внутренней обратной связью.

постоянна. Компенсационная

 

 

 

 

обмотка

позволяет

выбрать

 

 

 

 

рабочую

точку на

линейном

Рис. 5-17. Характеристика

участке

характеристики

и

управления магнитного

уси­

уменьшить мощность управ­

лителя

без

обратной

свя­

ляющего сигнала, чем дости­

зи (1)

и

с обратной

связью

(2).

 

 

гается увеличение коэффици­

 

 

 

 

ента усиления. Рабочая

об­

 

 

 

 

ласть характеристики управления ограничена линейным участком (рис. 5-18). Поэтому для вывода рабочей точ­ ки усилителя на линейный участок (кривая 1) источник управления должен затратить некоторую мощность, со­ ответствующую удельной НС ciWyQ. Компенсационная обмотка создает удельную НС aw1{, смещая характери­ стику управления относительно вертикальной оси (кри­ вая 2), и позволяет обеспечить линейность характери­ стики управления непосредственно от оси ординат. При этом от источника управления не требуется затраты мощности на создание начальной удельной НС awy0, с уменьшением мощности управления увеличивается ко­ эффициент усиления.

Назначением компенсационной обмотки является

.также изменение знака воздействия управляющего сиг­ нала на магнитный усилитель. В магнитном усилителе без компенсации увеличение тока управления приводит к повышению степени насыщения материала магнитопровода, что вызывает уменьшение индуктивного сопро-

176

тивления рабочих обмоток и увеличение тока в них. Таким образом, положительным приращениям тока управления соответствуют положительные приращения тока в рабочих обмотках и, наоборот, при уменьшении тока управления ток в рабочих обмотках также умень­ шается. Однако часто требуется обратное воздействие

сигнала

управления, т. е. чтобы

 

 

положительным приращениям то­

 

 

ка

управления

соответствовали

 

 

отрицательные .приращеиия тока

 

 

рабочих

обмоток

и,

наоборот,

 

 

уменьшение тока

управления

вьь

 

 

эвало бы увеличение тока в ра­

 

 

бочих обмотках. Для этого уси­

 

 

литель

делают

перекомпенеиро-

 

 

ванным,

т. е. постоянная намаг­

 

 

ничивающая

сила

компенсацион­

 

 

ной

обмотки

всегда

больше

 

 

встречно ей направленной намаг­

 

 

ничивающей

силы

обмотки

уп­

Рис. 5-18. Характеристи­

равления

(FK> F y). Общее намаг­

ничивание

сердечника

создается

ка управления магнитно­

го усилителя без компен­

разностью намагничивающих сил

сации

(/) и с компенса­

^тих обмоток, т. е.

F06m = F K—Fy.

цией (2).

Увеличение

тока управления

вы­

 

 

зывает увеличение

намагничивающей силы Fy и осла­

бит

общее

намагничивание

сердечника,

что приведет

к увеличению индуктивного сопротивления рабочих об­ моток и уменьшит ток в них. Уменьшение тока в об­ мотке управления приведет к увеличению тока в рабо­ чих обмотках.

Г л а в а ш е с т а я

ВЫПРЯМИТЕЛИ

6-1. Н А ЗН А Ч ЕН И Е И УСТРОЙСТВО В Ы ПРЯМ ИТЕЛЯ

Статический преобразователь переменного то­ ка в постоянный называется в ы п р я м и т е л ь н ы м у с т р о й с т в о м или в ы п р я м и т е л е м . Отсутствие вращающихся частей делает выпрямитель надежным устройством, не требующим обслуживания.

При любом виде преобразования переменного тока в постоянный происходит промежуточное преобразова­

ние электрической

энергии в

энергию

другого

вида.

Мощность Я^,

потребляемая

выпрямителем

в одну

часть периода

(при

cos<p=’1),

больше

мощности Р0,

отдаваемой в нагрузку (рис. 6-1),

т. е. происходит иа-

______ — — —

копление

энергии в

преобра-

 

зователе.

В другую

же

часть

р0

периода

мощность

Я_

мень-

ше, чем Я0, т. е. накопленная

 

 

 

wt

в преобразователе

энергия

 

 

 

поступает

в нагрузку.

Рис. 6-1. Временная диа­

В

электромашинных пре­

образователях

происходит

грамма мощности

полезной

промежуточное

преобразова­

Ро и

потребляемой выпря­

мителем

из

сети при

ние

электрической

энергии

cos ф= 1.

 

 

переменного

тока

в

механиче­

 

 

 

 

скую

энергию,

накапливае­

мую

во

вращающихся

массах

и

преобразующуюся

вэлектрическую энергию постоянного тока, отдаваемую

внагрузку.

В статических преобразователях используются реак­ тивные накопители энергии (индуктивности и емкости)

и

происходит

промежуточное преобразование энергии

в

магнитную

(LI2/2) или электрическую (CU2/2).

Выпрямитель содер­

жит

трансформатор 1

(рис.

6-2), вентиль 2

и

сглаживающий

фильтр 3. Трансформатор пре­

образует

напряжение

сети

переменного тока Рис. 6-2. Блок-схема выпрямителя.

с тем, чтобы на зажи­

мах

его

вторичной

обмотки получить необходимое значение напряжения. Кроме того, почти всегда требуется, чтобы нагрузка выпрямителя была электрически (гальванически) изо­ лирована от питающей сети, в противном случае выход­ ной зажим выпрямителя не может быть соединен с кор­ пусом устройства или заземлен. Очень часто, помимо преобразования напряжения, трансформатор преобразу­ ет и число фаз (например, трехфазная система преоб­

разуется в шестифазную).

Вентили — это приборы, обладающие униполярной проводимостью. Для нормальной работы выпрямителя вентиль должен обеспечить необходимое максимальное значение тока и высокий к. п. д., т. е. иметь малые потери. Кроме того, вентиль должен выдерживать при­ ложенное к нему обратное напряжение и перегрузку по току в течение времени, необходимого для срабаты­ вания защитного устройства, а также рассеивать мощ­ ность, выделяемую на внутреннем сопротивлении вен­ тиля.

Сглаживающий фильтр предназначен для ослабле­ ния пульсаций, т. е. для уменьшения амплитуды перемен­ ной составляющей выпрямленного напряжения. Сглажи­ вающий фильтр обычно состоит из индуктивных кату­ шек и конденсаторов, соединяемых по определенной схеме.

Помимо элементов, показанных на блок-схеме, вы­ прямитель может содержать стабилизатор напряжения (или тока), который поддерживает напряжение (или ток) постоянным с определенной степенью точности при изменениях напряжения питающей сети и сопротивления нагрузки. Выпрямитель может также содержать регу­ ляторы напряжения, устройства контроля, коммутации, защиты и др.

6-2. Э Л Е КТР И Ч Е С КИ Е В ЕН ТИ Л И

Прибор, обладающий высокой проводимостью (малым сопротивлением) для тока одного (прямого) на­

правления

 

и

малой

 

 

проводимостью

(боль­

 

 

шим

сопротивлением)

 

 

для

тока

 

противопо­

 

 

ложного

 

(обратного)

 

 

направления,

называ­

 

 

ется

вентилем. У

иде­

 

 

ального

вентиля

со­

О

о

противление в прямом

(проводящем)

направ­

а)

6)

лении

равно

нулю,

а

 

 

в обратном

(непрово­

Рис. 6-3. Вольт-амперная характери­

дящем)

направлении

стика идеального (а) и реального (б)

бесконечно

велико.

 

вентилей.

 

Вольт-амперная

ха­

 

 

рактеристика

идеального

вентиля (рис. 6-3,а) такова,

что прямая

ее

ветвь

совпадает с осью тока,

а обрат­

ная — с осью напряжения. Реальный вентиль обладает

некоторым сопротивлением

в

прямом направлении, и

его обратное сопротивление

не

бесконечно велико. По­

этому прямая и обратная ветви вольт-амперной характе­

ристики реального вентиля

(рис. 6-3,6) не совпадают

с осью тока и напряжения соответственно.

Обратные ветви вольт-амперных характеристик неко­

торых вентилей (кенотроны,

ионные приборы) близки

к идеальным, а полупроводниковые вентили имеют срав­ нительно большой обратный ток.

Электрические вентили могут быть подразделены на электронные (кенотроны и полупроводниковые) и ион­ ные, на неуправляемые и управляемые. В качестве управляемых вентилей применяются тиратроны, игни­ троны, экситроны и тиристоры.

Каждый 'вентиль характеризуется следующими пара­ метрами: сопротивлением вентиля в прямом направле­ нии или падением напряжения на нем, средним значе­ нием тока в прямом направлении, амплитудой тока в прямом направлении и допустимым обратным напря­ жением.

Кроме того, характеристика вентилей может быть дополнена его габаритами, допустимой окружающей температурой, наличием накала, временем пуска и т. д.

Так как вольт-амперная характеристика вентилей нелинейна, то его сопротивление как в прямом, так и в обратном направлениях, непостоянно, т. е. динамиче­ ское сопротивление вентиля не равно его статическому (Гд=т^гс) сопротивлению, где

гс

^др

dun?

И Гд

 

*пр

 

Под внутренним гв сопротивлением вентиля пони­ мается его динамическое сопротивление в прямом на­ правлении. От внутреннего сопротивления вентиля зави­ сит падение напряжения и мощность потерь в вентиле и, следовательно, к. п. д. выпрямителя. Отношение об­ ратного сопротивления к прямому называется к о э ф ­ ф и ц и е н т о м в ы п р я м л е н и я в е н т и л я , т. е..

* в =

£об_т

гир

Среднее значение тока в прямом направлении опре­ деляет энергию, выделяющуюся в вентиле, и, следова-

180