Обратная связь в магнитных усилителях и режим бесконтактного магнитного реле

Особенностью МУ является применение жесткой магнитной положительной обратной связи (ОС) по току с целью повышения коэффициента усиления по току и мощности. При магнитной ОС осуществляется суммирование напряженностей магнитных полей, создаваемых обмоткой ОС и управляющей обмоткой. Магнитная ОС в отличии от электрической ОС не влияет на входное и выходное сопротивление усилителя и не вызывает перехода МУ в режим самовозбуждения. Поэтому положительные ОС в МУ делают магнитными, а отрицательные – электрическими. Магнитная ОС может быть внешней и внутренней.

Внешняя последовательная положительная обратная связь в МУ изображена на рис. 7.8

 

Рис. 7.8

 

Часть подмагничивающей МДС можно создать током I_˜ср ,питающем нагрузку.

Обмотка положительной обратной связи (ПОС) обтекается I_˜ср и чем больше I_˜ , тем больше ПОС.

Основное соотношение для МУ можно записать так .

Коэффициент К_пос устанавливает степень компенсации Н_пос в том сердечнике, где данный полупериод напряженности постоянного и переменного полей вычитаются:

Н_пос = Н_р.ср К_пос = Н_р.ср tgα.

Если IW_y≠0, то общее подмагничивание МУ: IW=I_посW_пос+I_уW_у.

На основании основного закона МУ: I_уW_у

I_р.срW_р = I_уW_у +I_посW_пос . (1), где I_{пос =} I_р.ср. Тогда I_р.ср(W_р-W_пос)=I_уW_у.

Рис. 7. 9

 

(7.5)

 

(7.6)

 

Подставляя (7.5) в (7.6), получим:

Построение характеристики вход-выход МУ с ПОС показано на рис.7.10.

 

Рис .7.10

 

Из ряда точек по оси Ну проводят прямые, параллельные линии ПОС до пересечения в т. «а» и «в» с характеристикой вход-выход МУ без ПОС. Ординаты точек пресечения сносят на вертикали проведенные через точки 1,2 и т.д. Полученные точки «а′» и «в′» являются точками вход-выход МУ с ПОС. Это построение дает хорошее совпадение с экспериментом при К_пос ≤0,9.

 

Рис. 7.11

В первом квадранте сигналы ОС и управления складываются – ПОС, во втором квадранте они вычитаются – ООС, т.е. чем больше глубина ОС, тем круче идет характеристика Н_р.ср = f(Н_у) в первом квадранте и положе во втором квадранте.

В случае, когда W_пос > W_р, т.е. К_пос>1, линия ПОС пройдет ниже характеристики W_пос = f(Н_у) и перестроенная по указанному выше методике характеристика МУ с ПОС примет релейный (петлеобразный) вид, т.е. МУ входит в релейный режим и работает как бесконтактное магнитное реле (БМР), у которого значения токов I_у, соответствующих Н_отп Н_сраб , определяют ток отпускания I_отп и срабатывания I_сраб реле.

Из-за неидеальности диодов и неучтенных потоков рассеяния обмоток число витков W_пос делают больше расчетного W_пос = К_пос W_р , а затем шунтируют часть обмоток W_пос регулировочным R.

Для перехода в релейный режим необходимо, чтобы МУ с сердечниками из пермаллоя имел К_пос ≥1,02?1,05, для сердечников из обычных электротехнических сталей имел К_пос =1,05?1,1.

Как правило, применяют комбинированную ПОС (внешнюю + внутреннюю). Внутренняя ПОС создает К_пос =0,9?0,95, а недостающее до указанного выше значения К_пос обеспечивает внешняя ПОС. МУ с внутренней обратной связью.

 

Рис.7.12.Магнитные усилители с внутренней ПОС:

а) с выходом постоянного тока;

б) с выходом переменного тока.

 

 

Рабочие обмотки включены параллельно, через них течет пульсирующий однополупериодный ток, постоянная составляющая которого обеспечивает самоподмагничивание МУ.

Нагрузка Rн может быть как с выходом переменного (рис.12б), так и постоянного тока (рис.12а).

Коэффициент ПОС в случае идеальных вентилей, сердечников и обмоток, чисто активной нагрузке равен 1. (I_{ср. выпр} = I_{р. ср}).

 

Реверсивные МУ

 

 

Рис. 7.13

Реверсивные МУ имеют характеристику, показанную на рис. 7.13. Реверсивные МУ могут быть как с выходом постоянного, так и с выходом переменного тока.

В первом случае при изменении полярности входного сигнала изменяется на обратную полярность выходного постоянного тока (напряжения) на выходе, во втором – меняется на 180 эл. град. фаза выходного тока.

Реверсивные усилители (РМУ) собирают из 2-х нереверсивных (НМУ).

Достоинства:

1)при I_у =0I_н =0.К_кр = I_к / I_хх = ∞.

2)реверсивный МУ, являясь балансной схемой, имеет лучшую линейность и стабильность характеристик, чем НМУ.

3) К_Iрму примерно вдвое больше К_I составляющих его НМУ.

 

Мостовая схема РМУ изображена на рис. 7.14, а статическая характеристика такого РМУ показана на рис.7.15. Часто нагрузкой РМУ является управляемый асинхронный двигатель.

Рис. 7.14

 

 

Рис. 7.15

Рабочие обмотки W_р нереверсивных МУ в мостовой схеме включены в противоположные плечи моста. При подаче сигнала I_y индуктивное сопротивление Х_р одной пары рабочих обмоток возрастает, а другой – падает, в результате в нагрузке Z_н возникает ток.

Достоинство мостового РМУ – отсутствие дифференциального трансформатора, что повышает также и КПД схемы.

Однако, мостовой РМУ следует применять, если U_н.макс ≈ (0,5– 0,8) U_сети.