книги / Электротехнические устройства радиосистем
..pdfного 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
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
(и 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
'Ъ
- 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