книги / Электрические аппараты. Общий курс

янном токе (без трансформатора), схема рис.(о-9,в име­ ет нагрузку на переменном токе. 4 ,

Рассмотрим работу МУС при конечном значении со­ противления цепи управления Ry. В рабочий полупериод дросселя / индукция в нем меняется от Ву до + S s. При этом в его обмотке управления наводится э. д. с. еуХ=

— —wy\ Sdt . В это время дроссель //находится в полу-

периоде управления и его сердечник размагничивается не только под действием э. д. с. управления /:у < 0 , но и под действием э. д. с. еу\. Если положить, что сопротив­ ление jRy= 0, то / у/?у=0; э. д. с. еуХ приложена к дрос­ селю //, и до момента насыщения дросселя / размагни­ чивание дросселя II производится только за счет э. д. с.

— Jüii u m sin 0. Wp

Тогда

B1 = B tn(1 — COS 9) + Byl ;B2 = Bm (1 — cos 9) + (—Bs) .

Таким образом, индукции B\ и В2 отличаются только постоянными составляющими. При 0 = 0 S;

cos 0S—*11 AByjBm\ Вг — -b Bs\ В2— ВУ2.

В действительности из-за того, что Ry=^0y индукция В2 к моменту 0 = 0s не принимает значения Ву2. После насыщения дросселя I ( 0 > 0 S) э. д. с. еуХ становится рав­ ной нулю. За счет действия Еу индукция В2 достигает

э. д. с. Еу по петле, близкой к статической. В следующий полупериод э. д. с. еу2у наводимая во II дросселе, участ­ вует в процессе размагничивания дросселя /.

На рис. 6-11,(9 представлено изменение индукции в дросселях при условии, что Ry= 0 для схемы рис. 6-9, а. Электродвижущие силы еуХ и еу2 в любой момент време­ ни в сумме равны нулю — взаимно компенсируют друг друга, что позволяет в цепь управления не вводить сопро­ тивление Хб. Из-за того, что размагничивание дросселей

Рис. 6-11. Закон изменения основных электрических величин в двух полупериодном МУС.

идет сначала по динамической петле гистерезиса, а по­ том — по статической, в цепи управления появляется переменная составляющая в токе управления рис. 6-11 ,ж [Л. 6-1, 1-9], Поскольку процесс в цепи управления по­ вторяется каждый полупериод частоты источника, то ток управления имеет четные гармоники.

Чем меньше сопротивление Ry по сравнению с Ад.у— сопротивлением обмотки wy дросселя, находящегося в режиме управления, тем большая часть наведенной э. д. с. eyi прикладывается к обмотке шу дросселя II и тем больше один дроссель влияет на другой.

изменяет статическую характеристику (§ 6-6) и значи­ тельно увеличивает инерционность усилителя (§ 6-4).

Очень часто усилитель работает на нагрузку, имею­ щую активно-индуктивный характер (рис. 6-12). Пусть дроссель / находится в рабочем полупериоде, а дроссель II в полупериоде управления. При 0 = 0S сердечник I на­

кает ток /р2 и ток в нагрузке iH начинает нарастать. Напряжение на нагрузке имеет ту же форму, что и

при активной нагрузке. Поэтому расчетное уравнение для выходной характеристики (6-11) остается в силе. Изме­ няются формы тока нагрузки и рабочего тока. Среднее значение напряжения на индуктивности за период всегда

деляется средним напряжением на нагрузке Uu и ак­ тивным сопротивлением нагрузки RH. Действующие зна­ чения токов /н, /р и коэффициент формы будут другими, чем при активной нагрузке.

Если постоянная времени нагрузки TH= L H/RH^>l/2f, то рабочий ток /р имеет прямоугольную форму, а ток в нагрузке не имеет пульсаций (рис. 6-12,0).

В случае схемы МУС по рис. 6-9, а нагрузка должна быть зашунтирована диодом ДоЧерез этот диод нагруз­ ка будет закорачиваться в интервале 0 — 0Й.

Ai

6-4. Статические и динамические параметры МУС

Статические параметры

а) Крутизна характеристики управления. Для МУС характерной является зависимость выходного напряже­ ния Uv только от АВу\

Up = U — 2fwpSABy.

Напряжение на нагрузке UHравно:

Ua = ф р — г) (U 1 2fwpS АВу).

Изменение индукции АВУ определяется, током управ­ ления / у. Как видно из (6-12), выходное напряжение Up не зависит от сопротивления рабочей цепи, и при данном токе управления МУС является источником напряжения. Если сопротивление /?н^> #в+ /р, то напряжение на на­ грузке UH мало зависит от ее сопротивления (§ 6-5).

Характеристикой управления МУС называется зави­ симость выходного напряжения от тока управления 1/р(/7) или зависимость напряжения на нагрузке от тока управления £/н(/у).

К р у т и з н а х а р а к т е р и с т и к и управления kR:

ь _ дин __ АЦН R ~ dly ^ Му ‘

Подставляя в это выражение значение t/H из (6-11), получаем, что

вой размагничивания и условно может определяться эк­ вивалентной магнитной проницаемостью размагничива­ ния [ip— —дАВу/дНу.

Введем понятие индуктивного сопротивления размаг­

Таким образом, крутизна характеристики управления пропорциональна индуктивному сопротивлению размаг­ ничивания Хр и отношению чисел витков обмоток управления и рабочей обмотки.

б) Коэффициенты усиления МУС. Коэффициент уси­ ления тока

_ 1 Хр Шу Я # р ПУр

Коэффициент усиления напряжения

Коэффициент усиления мощности

Динамические параметры

a)Запаздывание в МУС. Простейший однополупериодный МУС

сбольшим сопротивлением цепи управления Ry имеет малую посто­ янную времени, так как последняя обратно пропорциональна Ry (6-20). Однако даже если постоянная времени очень мала, МУС име­ ет запаздывание.

Пусть напряжению управления Uyx соответствует напряжение на нагрузке UBь а при увеличении напряжения управления до UT2 на нагрузке должно установиться напряжение UB2. Значение напря­ жения на нагрузке определяется значением Ву в начале рабочего полупериода (РП) (§ 6-2). В течение РП МУС неуправляем. Поэто­ му если мы подадим новое значение напряжения управления в на­ чале РП (рис. 6-13,а), то новое значение Ву2, соответствующее но­ вой величине Uy2t установится только во втором полупериоде. В тре­ тьем полупериоде установится новое напряжение на нагрузке UB2t соответствующее Uy2.

Если напряжение Uy2 появится в начале полупериода управле­ ния (ПУ), рис. 6-13,6, то новое значение напряжения на нагрузке установится во втором полупериоде. Таким образом, даже в идеаль­ ном случае, когда Ry равно бесконечности, МУС имеет запаздывание, которое может достигать 1—1,5 периода частоты питания. В двухполупериодном МУС запаздывание уменьшается до 0,5—1 периода. Такие усилители называются быстродействующими. Выбирая частоту питания (500—1000 Гц), можно получить очень малую инерционность усилителя.

б) Постоянная времени. Добротность. В усилителе с малым сопротивлением Ry процесс перехода от одного стационарного режима к другому сильно замедляется. Пусть МУС по схеме рис. 6-9, а имеет минимальное вы­ ходное напряжение (f/Ho = 0 , 05= я ) . Уменьшим Еу до О

в момент 0 = 0. В дросселе / в первом полупериоде на­ пряжение на нагрузке остается i/no, поскольку он нахо-

а —напряжение управления изменилось в начале РП; б —напряжение управ­ ления изменилось в начале ПУ.

дится в рабочем полупериоде и Вна ч = —Bs. Если бы Ryz=ooyто в дросселе II индукция осталась бы без изме­ нения равной —Bs (рис. 6-11,6) и во втором полупери­ оде в этом дросселе протекал максимальный ток нагруз­ ки. Переходный процесс закончился. Поскольку Ry мало, то магиитопровод II в первом полупериоде подвер­ гается воздействию э. д. с. еу\ и индукция изменяется до значения, меньшего В результате во втором полу­ периоде ток нагрузки не достигнет максимального зна­ чения. Во втором полупериоде размагничивание магнитопровода / происходит за счет £у2_ . Это размагничивание

меньше, чем в первом полупериоде претерпел магнитопровод дросселя //, поскольку среднее значение размаг­ ничивающей э. д. с. еу2_<Сеу\^ . От полупериода к полупе-

риоду размагничивание дросселя за счет связи магнитопроводов через обмотки управления уменьшается, и в новом установившемся режиме еу2^ — еу\^ = 0 - Переход­

ный процесс может длиться десятки полупериодов часто­ ты источника. При этом условии в течение полупериода можно считать, что среднее значение постоянной состав­

ляющей индукции В0 не меняется. Для расчета постоян­ ной времени цепи управления Ту можно использовать уравнение

Поскольку для схемы рис. 6-9, а э. д. с., наводимые в обмотках wY от рабочих обмоток wv\ и ауР2> вычитаются, то

Ту = wy SB1 — wy SB2 = wyS (B± — B2).

Так как переменные составляющие индукций В\ и В2 одинаковы (рис. 6-10), то В { и В2 различаются только постоянными составляющими:

Из уравнений (6-16) и (6-17) можно получить:

2wyS dB0

(6-18)

/?У diy

Из рис. 6-11,<3 следует, что при Ву= 0 постоянная со­ ставляющая индукции В0 равна:

Чем больше добротность D, тем больше быстродей­ ствие МУС. Воспользовавшись (6-20), получим:

Впереходном режиме МУС можно представить инер­ ционным звеном первого порядка с запаздыванием.

Воператорной форме процесс описывается так:

6-5. Влияние различных факторов на работу МУС

а) Влияние свойств магнитного материала. На ха­ рактеристику управления большое влияние оказывают свойства материала магнитопровода.

Рис. 6-14. Влияние различных факторов на характеристики МУС.

а—влияние коэффициента прямоугольности /Сп; 6—влияние обратного со­ противления вентиля (#обр ); в —влияние сопротивления цепи управления.

Для характеристики материала вводится понятие к о э ф ф и ц и е н т а п р я м о у г о л ь н о с т и kn— BrIBs. Обычно, чем больше коэффициент тем круче характе­ ристика управления, тем больше линейная часть харак­ теристики (рис. 6-14,а).

В режиме максимальной отдачи напряжение на на­ грузке согласно (6-12) равно:

где ДВу.н — перепад индукции, соответствующий концу линейного участка MN (рис. 6-8,в).

Из (6-12) можно получить:

Коэффициент р характеризует часть напряжения, ко­ торая ложится на дроссель в режиме максимальной от­ дачи. С ростом kn коэффициент АВу,ц/2Вт уменьшается, а р увеличивается.

б) Влияние свойств вентилей. Прямое сопротивление

к. п. д. рабочей цепи усилителя г\.

На характеристику усилителя с самонасыщением сильное влияние оказывает обратное сопротивление вен­ тилей Яобр (рис. 6-14,6). Если / ? о б р т о в управляю­ щий полупериод через рабочую обмотку проходит обрат­ ный ток, размагничивающий магнитопровод (увеличива­ ется Д £у), при этом напряжение на нагрузке и ток в ней уменьшаются.

Напряженность от обратного тока равна:

Нобр 1обр Д»

Для того чтобы обратный ток не сказывался на ра­ боте усилителя, необходимо соблюдение неравенства

требуется для управления усилителем, тем меньше зна­ чение допустимого обратного тока.

в) Влияние питающего напряжения. Согласно (6-11) напряжение на нагрузке равно:

UH= n ( U - 2 f w pSABy).

При неизменном токе управления АВу постоянно и напряжение на нагрузке прямо пропорционально питаю­ щему напряжению U. Если напряжение питания U >