Магнитные усилители с положительными обратными связями

Рассмотренные выше МУ обладают сравнительно небольшими коэффициентами усиления. Наиболее существенным способом повышения коэффициента усиления МУ является введение положительных связей по току или напряжению выхода МУ.

На рис. 1.18 приведены схемы МУ с положительной обратной связью по току нагрузки. Ток нагрузки, выпрямляясь, подается в обмотку обратной связи ООС, наложенную так же, как и обмотка управления, и действующую согласно с ней. Наличие специальной обмотки обратной связи классифицирует такой МУ как магнитный усилитель с внешней обратной связью, или магнитный усилитель

Рис. 1.18. Принципиальные схемы магнитных усилителей с положительной обратной связью с выходом на переменном (а) и постоянном (б) токе

с магнитной обратной связью. Таким образом, насыщение МУ осуществляется не только намагничивающей силой обмотки управления F, но также и намагничивающей силой обмотки обратной связи F_oc. В МУ с положительной обратной связью для достижения того же значения тока нагрузки, что и в МУ без обратной связи, потребуется меньшее значение F и, следовательно, его коэффициент усиления (1.9) будет большим.

МУ с положительными обратными связями могут быть как с выходом на переменном токе (рис. 1.18, а), так и на постоянном токе (рис. 1.18, б).

На рис. 1.19, а, приведены характеристики МУ без обратной связи I -f(F) (линия 1) и характеристика обратной связи (линия 2). Характеристику I = f(F ) также можно рассматривать как характеристику управления, так как намагничивающая сила управления пропорциональна току управления: F -w I , где w_y — число витков обмотки управления. При отсутствии обратной связи для достижения тока нагрузки /_р] потребовалось бы создать с помощью обмотки управления всю намагничивающую силу, равную F у.

При наличии положительной обратной связи та же намагничивающая сила создается двумя обмотками F, - F + F , и главным

у1 у ос

образом обмоткой обратной связи, поэтому F, требуемая для управления, в этом случае становится значительно меньшей (F_y « F_y]).

Задаваясь различными значениями /_р и определяя для них соответствующие значения F_y и /_y=i⁷y/w_y, можно построить характеристику управления МУ с положительной обратной связью / = /(/ ), которая приведена на рис. 1.19, б. Нетрудно видеть, что при наличии обратной связи характеристика управления становится несимметричной относительно оси ординат. Для отрицатель

Рис. 1.20. Принципиальные схемы магнитных усилителей с внутренней обратной связью:

а — с выходом на переменном токе; б — с выходом на постоянном токе

Рис. 1.19. Построение характеристики управления магнитного усилителя с внешней обратной связью:

а — характеристика МУ без обратной (/) и обратной (2) связи; б — характеристика МУ с внешней обратной связью

ных значений /_у положительная обратная связь превращается в отрицательную, так как характеристика управления имеет вид пологой кривой.

Более распространенным является другой способ исполнения положительной обратной связи, при котором необходимость в специальной обмотке отпадает. В этом случае рабочие полуобмотки МУ соединяются между собой параллельно и в их цепях предусматриваются вентили Д (рис. 1.20). Такие МУ получили название магнитные усилители с внутренней обратной связью, или магнитные усилители с самонасыщением. В этих схемах рабочие полуобмотки работают поочередно и только половину периода.

Пусть в первый полупериод у левой клеммы источника питания появился положительный потенциал (+), а у правого — отрицательный (—). Полуобмотка ОР1 будет заперта диодом Д и ток проходит только по полуобмотке ОР2. В следующий полупериод, при изменении полярности напряжения на источнике, ток проходит по полуобмотке ОР1, а полуобмотка ОР2 заперта. Рабочие полуобмотки, действуя поочередно, создают в сердечниках МУ пульсирующую намагничивающую силу, постоянная составляющая которой, складываясь с F обмотки управления, подмагничивает МУ.

На рис. 1.21 приведена характеристика управления рассматриваемого МУ. При отсутствии управляющего сигнала сердечники МУ по существу полностью насыщены, и при наличии положительных управляющих сигналов ток нагрузки возрастает незначительно. При отрицательных управляющих сигналах происходит резкое уменьшение тока нагрузки до минимального значения. Обычно с помощью дополнительной обмотки смещения изменяют характеристику управления так, чтобы минимальный ток нагрузки был при /_у = 0.

Магнитные положительные обратные связи и самонасыщение могут применяться в МУ как с выходом на переменном токе, так и с выходом на постоянном токе. На рис. 1.22 приведена схема трехфазного МУ с внутренней обратной связью и выходом на переменном токе.

Рис. 1.21. Характеристика управления магнитного усилителя с внутренней обратной связью

Рис. 1.22. Трехфазный магнитный усилитель с внутренней обратной связью

При большом токе в ООС (см. рис. 1.18, б) (сильная положительная обратная связь) характеристика обратной связи может занять положение относительно характеристики управления так, как это показано на рис. 1.23, а. В этом случае характеристика МУ / =/(/ ) будет иметь вид, представленный на рис. 1.23, б. При

/ = О МУ насыщен действием только одной обмотки обратной

У

связи и ток холостого хода практически равен максимальному току насыщенного МУ. Положительные значения тока управления, подаваемого на вход МУ, приведут лишь к незначительному увеличению тока нагрузки.

Если на вход МУ будет подан отрицательный управляющий сигнал, то при его изменении от I = 0 до /_у = /_у рабочая точка по нагрузочной характеристике переместится из положения 1 в положение 2. При этом ток выхода несколько уменьшится. В точке 2 происходит скачкообразный переход в точку 2 так как участок характеристики 2— 3— 2'является неустойчивым. Ток нагрузки при этом также скачком уменьшается почти до нуля. При обратном изменении / осуществляется переход из точки 2' в точку 3 и ток нагрузки несколько возрастает. В точке 3, когда I = Г, происходит скачкообразный переход в точку 3' и ток нагрузки скачком возрастает почти до значения 1_Х х. Характеристики подобного вида называются релейными характеристиками. Таким образом, МУ с помощью сильной положительной обратной связи переводится в

Рис. 1.23. Характеристика магнитного усилителя в релейном режиме: а — характеристика МУ без ОС (I) и характеристика ОС (II); б — характеристика управления МУ

релейный режим и может рассматриваться как бесконтактное реле. С помощью обмотки смещения характеристика такого бесконтактного реле может быть смещена относительно начала координат в любое положение.