Магнитные усилители

Магнитным усилителем называется электромагнитное устройство, в котором использовано свойство ферромагнитных материалов изменять свою магнитную проницаемость под влиянием внешнего магнитного поля. Источником магнитного поля является катушка с постоянным током. В МУ обеспечивается возможность управления значительной мощностью нагрузки в цепи переменного тока относительно малым намагничивающим постоянным током.

Конструктивно МУ состоит из ферромагнитного сердечника с наложенными на него обмотками переменного и постоянного тока. Для сердечников используются электротехнические стали (железо-кремний) и пермаллои (железо – никель), обладающие свойством быстрого магнитного насыщения и малыми потерями на гистерезис.

Рассмотрим простейший магнитный усилитель без начального подмагничивания (рис. 4.5, а). На среднем стержне сердечника размещается управляющая (намагничивающая) обмотка, а на двух смежных стержнях нагрузочные (выходные) обмотки, соединенные последовательно и намотанные согласно. Если через обмотку управления пропустить ток, то магнитная проницаемость сердечника уменьшится и вызовет снижение индуктивного сопротивления нагрузочных обмоток, что в свою очередь приведет к увеличению тока нагрузки. При этом мощность, затрачиваемая на подмагничивание, во много раз меньше управляемой мощности.

Указанное включение нагрузочных обмоток исключает влияние их переменных магнитных потоков на обмотку управления – они взаимно уничтожаются.

Из характеристики управления усилителя видно, что полярность входного сигнала не имеет значения.

На рис. 5.8 представлены схемы с начальным подмагничиванием и обратными связями. На первой схеме (а) показан МУ с внутренней обратной связью. В цепь каждой из нагрузочных обмоток, соединенных параллельно, вводят полупроводниковые диоды с противоположной полярностью. Этим обеспечивается дополнительное подмагничивание сердечника, так как в каждый из полупериодов по нагрузочным обмоткам протекают переменные и постоянные составляющие токов. Причем с увеличением нагрузочного тока возрастает и ток дополнительного подмагничивания.

Н второй схеме, в МУ с внешней обратной связью, в среднем сердечнике присутствует дополнительная обмотка постоянного тока обратной связи ω_о.с. Она получает питание от выпрямительного моста в цепи нагрузки.

Характеристики управления магнитных усилителей с обратными связями имеют несимметричный вид, при этом рабочие зоны размещаются на ветвях, имеющих большую крутизну.

Магнитные усилители работают при частотах питания в пределах 50 … 500 Гц и имеют коэффициент усиления 10000 и выше. В горной автоматике они широко применяются, так как имеют ряд преимуществ:

· высокая надежность и постоянную готовность к работе, простота обслуживания и неограниченный срок службы;

· высокую перегрузочную способность и стабильность характеристик в неблагоприятных условиях;

· широкий диапазон мощностей – от нескольких ватт до сотен киловатт;

· высокий коэффициент усиления и возможность усиления весьма малых сигналов.

Недостатки – инерционность (0,08 … 4 с), большие размеры и масса при частоте 50 Гц.