Характеристики реальных магнитных усилителей

Характеристики реальных магнитных усилителей с сердечниками из высококачественных магнитомягких материалов с прямоугольной кривой намагничивания от характеристик идеальных магнитных усилителей отличаются незначительно.

Основное отличие заложено в характеристике управления (рис.4−7). Данная характеристика управления отличается от характеристики идеального магнитного усилителя тем, что присутствует ток холостого хода I_хх при нулевом входном токе. Кроме того, переход от линейного участка к горизонтальному происходит плавно.

Реальный магнитный усилитель характеризуется коэффициентом кратности.

.

и чем больше величина коэффициента К_кр, тем выше качество магнитного усилителя. С уменьшением рабочего напряжения U_н и увеличением сопротивления нагрузки R_н коэффициент кратности уменьшается, что приводит к ухудшению линейной характеристики управления.

Коэффициент усиления по току для реального магнитного усилителя:

.

Можно получить и остальные коэффициенты:

— коэффициент усиления по напряжению;

— коэффициент усиления по мощности.

Магнитные усилители с обратной связью

Более сложные нереверсивные схемы — это схемы элементов с обратной связью ОС, в которых часть выходной энергии подается во входную цепь управляющего устройства, т. е. на входе в этом случае имеется два сигнала — основной входной и сигнал обратной связи. Благодаря ОС можно различным образом менять свойства элементов автоматики, что обуславливает широкое ее применение.

Так в магнитных усилителях для получения более высокого коэффициента усиления по мощности (порядка 10⁴ и более) используется положительная ОС.

Распространенный вариант схемы магнитного усилителя с ОС приведен на рис. 4−8. Выходной ток выпрямляется с помощью мостиковой схемы и подается на специальную обмотку обратной связи щ_ос, которую размещают там же, где и входную обмотку щ_вх. Обмотка обратной связи наматывается таким образом, чтобы напряженности обмотки управления и рабочей обмотки складывались. Поэтому часть выходного сигнала I_вых подается на вход и действует совместно с током управления I_вх и осуществляет внешнюю обратную связь.

Направление тока в обмотке обратной связи определяется только схемой выпрямителя и при изменении знака входного тока остается неизменным. Поэтому обратная связь оказывается положительной только при одном направлении входного тока, когда потоки входной обмотки и обмотки обратной связи складываются. При другом направлении входного управляющего тока потоки вычитаются (обратная связь становится отрицательной) и коэффициент усиления не возрастает, а уменьшается. Следовательно, если напряженности обратной связи действуют с обмоткой управления — связь положительная, если действуют встречно — отрицательная.

Так как выходной ток после выпрямления поступает не во входную обмотку, а в обмотку обратной связи (см. рис. 4−8), имеющую другое число витков, то.

(4−10).

где — число витков обмотки обратной связи;

— число витков входной обмотки (обмотки управления);

— коэффициент выпрямления, зависящий от типа выпрямителя, формы тока и пр. (для схемы на рис. 4−8 в первом приближении можно полагать =0,9);

— ток в обмотке обратной связи (выпрямленный выходной ток =).

Исходя из приведенного выше выражения можно заметить, что коэффициент обратной связи регулируется путем изменения числа витков в обмотке обратной связи.

В случае внутренней обратной связи (усилители с самонасыщением), один из возможных вариантов которых представлен на рис. 4−9, обратная связь достигается путем включения выпрямителей (диодов) в рабочую обмотку таким образом, чтобы одна обмотка выпрямляла ток в один полупериод, вторая — в другой полупериод. В схеме отсутствует обмотка обратной связи и потери в меди несколько меньше, чем в случае внешней обратной связи.

Очень существенно, что усилители с внутренней обратной связью в принципе могут управляться переменным напряжением той же частоты, что и частота источника питания. Это объясняется тем, что напряжение прикладывается к каждому из дросселей только в один полупериод, соответствующий проводящему направлению его выпрямителя (рабочий полупериод). В следующий полупериод диод фактически отключает «свой» дроссель, и в течение этого полупериода в сердечнике устанавливается поток, определяемый интенсивностью входного сигнала (управляющий полупериод). Этот поток и определяет среднюю величину выходного тока в последующий полупериод. При этом значение выходного тока в каждый из рабочих полупериодов будет зависеть не только от величины входного сигнала в предшествующий управляющий полупериод, но и от сдвига фазы входного сигнала относительно питающего напряжения.

Можно сделать вывод о том, что введение положительной обратной связи позволяет управлять значением тока рабочей обмотки малыми значениями тока управления и, кроме того, позволяет уменьшить инерционность магнитных усилителей.