Файл: В.А. Старовойтов Однотактный (нереверсивный) магнитный усилитель.pdf

9

ристика которого при наличии смещения показана на рис. 8 а. При Iy ≥ Iy1 магнитный усилитель имеет устойчивое состояние 6 с током нагрузки IH max, а при Iy ≥ Iy2 - устойчивое состояние 7 с током нагрузки I0. Работа усилителя в релейном режиме эквивалентна работе поляризованного реле с устойчивыми состояниями в точках 5, 6, 1, 7 и неустойчивыми состояниями в точках 2, 3, 4.

Если на обмотку управления подать дополнительное постоянное смещение Iy ≥ Iy1 , то характеристика смещается вправо (рис. 8 б) и магнитный усилитель работает как обычное нейтральное реле.

Рис. 8

Релейный режим магнитного усилителя с внутренней положительной обратной связью достигается за счет использования дополнительной обмотки внешней обратной связи. Характеристика управления магнитного усилителя в релейном режиме имеет гистерезисную петлю, ширина которой зависит от значения коэффициента обратной связи. Существенным недостатком магнитных усилителей с положительной

10

обратной связью является их инерционность (постоянная времени τ у ≈ 0,2-0,4 с). Чтобы уменьшить постоянную времени в релейном режиме применяют МУ на сердечниках в форме тороида из материалов с прямоугольной петлей гистерезиса. Такие магнитные усилители по фамилии их создателя называют усилителями Рейми [3, с. 113].

При построении автоматических систем регулирования в ряде случаев необходимо иметь изменения направления выходного сигнала при изменении полярности входного сигала. Например, при изменении направления вращения двигателя постоянного тока необходимо, чтобы при смене полярности входного сигнала выходной сигнал - выпрямленный выходной переменный ток - также изменял свое направление. При управлении скоростью асинхронного двигателя необходимо, чтобы при смене полярности входного сигнала для изменения вращения двигателя изменялась фаза переменного тока на выходе магнитного усилителя.

Для осуществления изменения направления выходного сигнала необходимо, чтобы нагрузочная характеристика магнитного усилителя проходила через нулевое значение. Такую нагрузочную характеристику имеют двухтактные магнитные усилители [3, с. 110]. Двухтактные магнитные усилители имеют дифференциальную, мостовую или трансформаторную схему. На рис. 9, а представлена схема двухтактного дифференциального магнитного усилителя, состоящего из двух однотактных усилителей с нагрузочными характеристиками, смещенными примерно до середины рабочего участка (рис 9, б). Результирующая нагрузочная характеристика магнитного усилителя в этом случае проходит через нулевое значение, т.е. при изменении полярности фаза тока нагрузки изменяется на 1800.

В динамике магнитный усилитель представляет собой инерционное звено, если входной величиной является напряжение управления, а выходной - ток рабочей цепи [1, с. 200].

Важнейшими преимуществами магнитных усилителей являются: практические линейные характеристики двухтактных усилителей,

не имеющие зоны нечувствительности; высокий коэффициент усиления мощности;

отсутствие гальванической связи между цепью управления и рабочей цепью, мгновенная готовность к действию;

возможность каскадного соединения магнитных усилителей с целью получения высокого коэффициента усиления сигнала;

11

Рис. 9

удобство в сочетании с транзисторными элементами, позволяющее создавать смешанные магнитотранзисторные усилительнопреобразовательные устройства, обладающие высоким быстродействием и коэффициентом полезного действия при большой выходной мощности;

возможность применения в качестве бесконтактных устройств; высокий коэффициент полезного действия; возможность применения в качестве операционных усилителей,

обеспечивающих суммирование, интегрирование, дифференцирование и другие действия над выходными сигналами;

высокая конструктивная прочность и надежность.

К недостаткам магнитных усилителей можно отнести: значительную инерционность при пониженных частотах источни-

ка питания (~50Гц); существенное отклонение формы тока рабочей цепи от гармони-

ческой; большие габариты и масса при большой мощности выходного

сигнала.

12

6. УСТРОЙСТВО СТЕНДА

Стенд выполнен в виде панели, закрытой прозрачным органическим стеклом, укрепленной на вертикально расположенной металлической стойке. Под стеклом изображена принципиальная электрическая схема соединений (рис. 10) обмоток МУ с измерительными приборами и органами управления. Последние имеют выводы на лицевой стороне панели.

Исследуемый МУ в соответствии со схемой (рис. 10) имеет рабочую обмотку W~ , обмотку управления Wу, обмотку смещения Wсм и обмотку обратной связи Wос. Питание стенда осуществляется от сети переменного тока напряжением 220В. Указанные на схеме напряжения, подаваемые па обмотку МУ получаются с помощью специальных преобразователей (на схеме не показаны). Величина токов в обмотках МУ регулируется в необходимых диапазонах с помощью потенциометров.

Рис. 10

13

7. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

После ознакомления с настоящими указаниями и получения разрешения преподавателя приступить к выполнению работы. При этом необходимо помнить, что стрелки измерительных приборов не должны выходить за пределы шкал.

Подать питание для МУ, включив последовательно тумблеры «Сеть 220 В», Т2 и Т3.

7.1. Снятие характеристики простейшего МУ (при IСМ=0 и IОС=0)

3амкнуть тумблер Т5 (переместив его в верхнее положение) и установить потенциометром RСМ в цепи смещения нулевое показание амперметра А1 IСМ = 0. Вращением потенциометра Ry устанавливать определенные значения токов Iу в обмотке управления Wy и записывать в табл.1 показания амперметров A1 и А3 (амперметр А2 показывает значение тока управления Iу, амперметр А3 показывает значение тока нагрузки IН). Направление тока управления Iу в обмотке управления Wy задается положением тумблера Т4 (+Iу соответствует нижнему положению тумблера Т4; -Iу соответствует верхнему положению тумблера Т4).

7.2. Снятие характеристики МУ со смещением

Установить тумблер Т5 в верхнее положение, что соответствует отклонению обмотки обратной связи WОС (IОС = 0). Потенциометром RСМ установить в обмотке смещения WСМ ток IСМ = 5 мА, ориентируясь по показаниям амперметра А1.

Вращением потенциометра Ry варьировать значения тока в обмотке управления Wy и фиксировать соответствующие им показания амперметра А3 (ток нагрузки IН), не забывая в нужное время реверсировать Iу тумблером Т4. Полученные данные занести в табл. 1.

7.3. Снятие характеристики МУ с обратной связью

Разомкнуть тумблер Т5, переведя его в нижнее положение и тем самым введя обратную связь. Потенциометром RСМ установить ток смещения ICM = 0, ориентируясь по показаниям амперметра A1. Это

Таблица 1

15

действие позволит исключить влияние обмотки смещения WСМ: практически она отключается.

Вращением потенциометра Ry изменять ток Iy в обмотке управления Wy и фиксировать значения тока IH нагрузки, отмечая показания амперметров А2 и А3 соответственно. Направления тока в обмотке Wy определяются положением тумблера Т4 (см. п. 7.2).

Характерной точкой зависимости IH = f(Iy) является минимальное значение тока нагрузки IH min, которое также необходимо определить экспериментально.

Все полученные результаты измерения занести в табл. 1.

7.4. Снятие характеристики МУ с обратной связью и смещением

Тумблер Т3 разомкнуть (переведя его в нижнее положение). Потенциометром RСМ установить ток смещения IСМ = 5мА (устанавливается по амперметру А1).

Вращением потенциометра Ry изменять ток обмотки Wy Iу, ориентируясь по показаниям амперметра А2, и определять ток нагрузки IН по амперметру А3.

Занести в табл. 1 показания амперметров А2 и А3 (+Iу соответствует нижнему положению тумблера Т4; -Iу соответствует верхнему положению тумблера Т4).

Вращением Ry установить минимальное значение тока нагрузки IH min и соответствующее значение Iу.

По полученным результатам построить характеристики IH = f(Iy) отдельные для всех видов работ МУ и затем совместить их на одном графике.

Определить значения коэффициентов усилителя по току для рабочих участков статических характеристик, используя формулу (4).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объясните принцип действия простейшего управляемого дросселя.

2.Перечислите недостатки управляемого дросселя насыщения.

3.Объясните назначение и действие обратной связи в MУ.

4.Почему МУ называется однотактным (непрерывным)?

5.Что такое нагрузочная характеристика МУ и что она позволяет определить?