книги / Электрические аппараты. Общий курс

> 4 fwpSBs, то напряжение холостого хода £/н0 растет пропорционально напряжению сети.

г) Влияние сопротивления нагрузки. Уравнение (6-11) можно записать в следующем виде:

= Uu/Rh, очевидно, будет меняться обратно пропорцио­ нально сопротивлению Ra. Таким образом, усилитель с самонасыщением ведет себя как источник напряжения.

д) Влияние сопротивления цепи управления. Режим вынужденного намагничивания имеет место при условии

гу2ю^д.у ^ 1 »

где zy2со — эквивалентное сопротивление цепи управле­ ния при удвоенной частоте питания; Хм — динамичес­ кое сопротивление обмотки управления при удвоенной частоте в полупериод управления:

2шцрда25 АД*У — i

При 2у2©Дд.у С 1 имеет место режим свободного намагничивания (малое сопротивление цепи управления четным гармоникам тока). При уменьшении сопротив­ ления цепи управления характеристика сдвигается вправо'и изменяется крутизна характеристики [Л. 6-8] — рис. 6-14,0.

Фундаментальное исследование МУС при различных видах нагрузки и различных сопротивлениях цепи управления проведено в [Л. 6-3].

6-6. Быстродействующие магнитные усилители

Для того чтобы двухиолупериодный усилитель был быстродейст­ вующим, необходимо, чтобы рабочие полупериоды одного сердечни­ ка не влияли на управляющие полупериоды другого.

Рассмотрим скачала работу однополупериодного МУС по схеме рис. 6-15, а. В отличие от схемы рис. 6-4 в цепь управления включе­

ны вентиль В\ и источник опорного переменного напряжения U^.

Полярности включения источников U^ и U^ должны соответство­

вать рис. 6-15, а.

Пусть в рабочей цепи имеет место РП, т. е. к аноду вентиля при­ ложен положительный потенциал, а к катоду отрицательный. В это

время опорное напряжение U^ создает на аноде вентиля Вх отри­

цательный потенциал, а на катоде положительный. В результате этот вентиль запирается и цепь управления оказывается разорванной.

Рис. 6-15. Быстродействующий магнитный усилитель с малым сопро­ тивлением цепи управления.

, не создает в цепи управления тока, так как вентиль Вхзаперт.

Не проходит ток и от источника сигнала Uy.

В следующий, управляющий полупериод вентиль В2 в рабочей цепи запирается и ток в ней не проходит. В цепи управления в свя­

зи с изменением полярности £/_ вентиль Вх открывается и процесс размагничивания сердечника определяется суммой напряжений Uy и U^. Если Uy отсутствует, то размагничивание сердечника произ­

водится только за счет опорного напряжения U Величина его вы­

бирается такой, чтобы к концу ПУ индукция достигла значения —В8. При наличии сигнала Uy в цепи действует разность напряжений

Uy и U В результате к концу ПУ индукция в сердечнике не до­

стигнет значения—В8. По мере увеличения сигнала Uy изменение индукции в ПУ будет уменьшаться. Если сигнал Uy создает индук­ цию +2 В8, то изменение индукции в ПУ равно нулю. К концу ПУ индукция будет такая же, как и к началу этого полупериода, т. е. + £ s. В этом случае в следующий РП в нагрузке будет проходить максимальный рабочий ток.

Таким образом, схема рис. 6-15, а позволяет устранить влияние рабочей цепи на цепь управления. Вентиль В\ играет роль коммути­

рующего устройства в цепи управления. В РП сопротивление венти­ ля В\ равно бесконечности, и рабочая цепь не влияет на цепь управ­ ления. В управляющий полупериод сопротивление вентиля В{ равно нулю, и процесс размагничивания определяется только цепью управ­ ления. Таким образом, и при конечном сопротивлении цепи управле­ ния МУС по схеме рис: 6-15, а будет быстродействующим.

Эта же идея использована в двухполупериодной схеме рис. 6-15,6. Рабочая цепь не отличается от этой цепи по схеме рис. 6-9,6.

В цепь управления введены диоды и опорное напряжение U^. При

взятой полярности источника питания рабочей цепи в левом сердеч­ нике будет РП, а в правом — ПУ.

Направление прохождения рабочего тока указано стрелкой. Под действием опорного напряжения U^ диод В\ заперт. В результате

цепь этой обмотки управления разорвана и э. д. с., возникающая в ней под действием изменения индукции в сердечнике, не оказывает влияния на работу обмотки управления правого сердечника, который В, это время находится в ПУ.

Под действием опорного напряжения открываются два других диода В2 и В4, и процесс размагничивания второго сердечника проис­

ходит под действием напряжения £/_ и напряжения Uy. На рис. 6-15,6 стрелкой показано прохождение размагничивающего то­ ка, создаваемого опорным напряжением U Обычно опорное нап­

ряжение получается с помощью специального трансформатора, кото­ рый подключен к источнику питания рабочей цепи. Имеется большое число схем БМУ [Л. 6-5], но принцип их действия сводится к тому, чтобы устранить взаимное влияние сердечников.

Схема реверсивного дроссельного усилителя изображена на рис. 6-16. Вторичная обмотка питающего трансформатора имеет среднюю точ­

метричной выходной характеристики оба усилителя должны быть идентичными. В этом случае ток, проходящий через нагрузку, будет равен нулю, поскольку при любом значении тока управления соблю­ дается равенство 1\—12. Создадим поле смещения в усилителях та­ ким образом, чтобы характеристика МУ{ переместилась влево на

должен быть равен нулю. Точная установка нуля производится со­ противлением jRcmПри положительном сигнале ток 1\ будет возра­ стать, а ток /2 снижается.

Таким образом, в реверсивном усилителе коэффициент усиления тока возрастает в 2 раза (рис. 6-17) по сравнению с обычным одно­ тактным усилителем.

Рис. 6-16. Реверсивная схема на дроссельных усилителях.

Для работы выбирают линейный участок. По сравнению с одно­ тактным усилителем линейная зона характеристики управления зна­ чительно увеличивается. Поскольку результирующий ток холостого хода равен нулю, то кратность изменения тока в нагрузке приобре­ тает бесконечно большое значение (см. § 13-1).

Работа усилителей МУ\ и МУ2 была рассмотрена таким образом, как будто эти усилители работают совершенно независимо, не влияя друг на друга. В действительности эти усилители связаны друг с другом через нагрузку RH. Положим, что внутреннее сопротивление питающего трансформатора равно нулю. При положительном сигна­ ле на сопротивлении нагрузки появляется падение напряжения £/н. Это напряжение, складываясь с напряжением правой половины обмотки трансформатора, действует на правый усилитель. В резуль­ тате напряжение, приложенное к правому дросселю, увеличивается,

что ведет к возрастанию тока холостого хода и изменению характе­ ристики МУ2. При полном насыщении МУ\ к МУ2 прикладывается удвоенное напряжение. В связи с этим напряжение, на которое дол­ жен рассчитываться каждый дроссель, равно:

£/д = 2UH.

Мощность каждого дросселя соответственно равна: P = 2£/н/н.

Полная мощность реверсивного каскада равна: Ps = 2P = 4£/H/„.

Таким образом, полная мощность реверсивного усили­ теля равна учетверенной мощ­ ности нагрузки. Это в свою очередь ведет к увеличению в 4 раза затраты активных ма­

териалов Из-за влияния дросселей

друг на друга увеличивается

6-19 изображено влияние смещения характеристик отдельных так­ тов на характеристику управления усилителя. В случае рис. 6-19, в усилитель имеет хорошую линейность характеристики управления и большой коэффициент усиления тока. В режиме максимальной отдачи

Рис. 6-21. Линеаризированная характеристика управления такта уси­ лителя и схемы замещения для различных режимов работы.

Вобщем случае возможны три режима работы усилителя:

1.Двухтактный режим, когда оба усилителя работают на ли­ нейном участке АВ.

2.Однотактный режим, когда один из усилителей работает на

линейном участке АВ, а другой в режиме холостого хода — уча­ сток AD.

3. Режим насыщения, когда один из усилителей работает в зоне насыщения — участок ВС, и другой в режиме холостого хода — уча­ сток AD.

Если Rg^Rh, то работу усилителей можно считать независи­ мой. Характеристику управления получаем сложением характеристик

верхнего и нижнего усилителей (рис. 6-22). На участке CD имеем двухтактный режим, на участке DE однотактный режим (МУС2 ра­ ботает на холостом ходу); на участке ЕЕ режим насыщения (МУСt насыщен). При переходе с двухтактного режима на однотактный крутизна характеристики уменьшается в 2 раза. Для анализа рабо­ ты усилителя в двухтактном режиме используем схему замещения

рис. 6-23. Здесь

UI «а £/0 + àU = U0 +'kftly —выходное напряжение одного плеча!

U2 = U0 — AU — U0 — kftly — выходное напряжение второго плеча.

Схему рис. 6-23, а с помощью теоремы об эквивалентном генера­ торе можно привести к схеме рис. 6-23,6. Эквивалентная э.д.с. гене­ ратора равна:

Эквивалентное сопротивление генератора равно:

2гр/?б

(6-23)

Гэд=^ Т ^ - Напряжение на нагрузке равно:

где kRD — коэффициент усиления двухтактного усилителя.

Токи в каждом из плеч и напряжения на балластных сопротив­ лениях можно найти, с помощью схемы замещения рис. 6-23, а:

При увеличении положительного тока /у растет напряжение на нагрузке согласно (6-26), а ток 12 падает до тех пор, пока не станет равным току холостого хода:

/2-/0.

зывают:

1. С ростом а сокращается линейная зона, хотя крутизна харак­ теристики меняется незначительно.

2. При увеличении а резко падает крутизна характеристики од­

рабочей цепи. Дело в том, что Rô<.Rh и поэтому большая часть вы­ ходной мощности усилителя тратится бесполезно в балластном со­ противлении. Такая схема применяется при малых мощностях в на­ грузке. При больших мощностях используются схемы с повышенным к. п. д. (рис. 13-4,6) .[Л. 6-3, 6-2, 6-5].

6-8. Материалы и магнитопроводы, применяемые для усилителей. Расположение обмоток

а) Материалы. Основные материалы, используемые в усилите­ лях, можно разбить на две группы — электротехнические стали (сплавы железа и кремния) и пермаллои— (сплавы железа, никеля и других легирующих добавок). Подробные данные о свойствах ма­ териалов можно найти в [Л. 6-7]. Выбор материала магнитопровода довольно сложен и рассмотрен в [Л. 6-1].

Выходная мощность усилителя связана с индукцией насыщения В$. Чем больше Вв, тем большая мощность может быть снята с сер­ дечника [Л. 6-1, 6-2, приложение I].

В усилителях малой мощности (до 1 Вт) целесообразно приме­ нять дорогие сплавы 79НМ, 79НМА, 80НХС, 74НМД, 76НХД, имею­ щие небольшую индукцию насыщения, позволяющие получить высо­ кую чувствительность МУС.

При больших мощностях усилителя целесообразно применять более дешевые холоднокатаные стали, имеющие высокую индукцию насыщения.

б) Магнитопровод. К магнитопроводам усилителей предъявля­ ется ряд требований: максимальное использование магнитных свойств материала, малый отход материала при изготовлении магнитопровода, возможность изготовления усилителя с минимальными га­ баритом и массой, технологичность изготовления как магнитопроводов, так и обмоток.

С точки зрения лучшего использования свойств магнитного мате­ риала необходимо, чтобы воздушные зазоры в магнитной цепи были полностью исключены. Воздушные зазоры даже в десятые доли мил­ лиметра приводят к резкому ухудшению характеристик усилителя, так как м.д.с., которая необходима для проведения потока управле­ ния через воздушный зазор, может быть соизмерима с м.д.с., которая тратится в магнитопроводе для создания поля управления.' При этом ухудшаются коэффициенты усиления, чувствительность и другие па­ раметры. С этой точки зрения лучшим является тороидальный маг­ нитопровод, набранный из кольцеобразных штампованных пластин. Однако применение такого магнитопровода связано с рядом недо­ статков!— велик отход материала, для таких магнитопроводов могут быть использованы только изотропные материалы. Текстурованные материалы типов 65НП, Э310 и др., имеющие лучшие магнитные свой­ ства, применять не рекомендуется, так как нельзя полностью исполь­ зовать их хорошие магнитные характеристики. Тороидальные магнитопроводы из кольцевых пластин трудно изготовить из материалов малой толщины, при этом тяжело создать надежную изоляцию меж­ ду отдельными листами.

Более совершенным является ленточный тороидальный магнито­ провод. Он позволяет применять текстурованный магнитный мате­ риал, свести к минимуму отходы при изготовлении. Воздушный за­ зор в магнитной цепи, образуемый за счет неплотного прилегания ленты друг к другу, исключительно мал, и им можно пренебречь. Положительным свойством тороидального магнитопровода является отсутствие магнитного рассеяния.

Недостатками тороидальных магнитопроводов являются низкий коэффициент заполнения окна сердечника медью обмотки и слож­ ность намотки обмоток. Для нанесения обмоток требуются специаль­ ные намоточные станки с относительно низкой производительностью. При более полном заполнении окна обмоткой (для получения малых габаритов усилителя) приходится прибегать к ручной намотке.

Тороидальные магнитопроводы применяются в том случае, когда мощность усилителя невелика и требуется высокая чувствительность и высокие коэффициенты усиления.

Магнитные свойства железоникелевых сплавов в значительной степени зависят от механических воздействий на магнитопровод. Причем чем выше магнитная проницаемость, тем сильнее заметно влияние механических усилий. В связи с этим тороидальные магни­ топроводы помещаются в специальный штампованный алюминиевый корпус. Крышка корпуса изготавливается из пластмассы, дабы не образовать короткозамкнутого витка вокруг магнитопровода. Магни­