Определение, назначение, принцип работы и устройство МУ
Принцип действия. Магнитный усилитель (МУ) — это электрический аппарат, в котором для усиления сигнала используется управляемое индуктивное сопротивление. Схема простейшего дроссельного МУ представлена на рис.1.
Замкнутый магнитопровод имеет две обмотки — рабочую обмотку (переменного тока)
, включенную в цепь нагрузки RН и обмотку управления
, на которую подается управляющий ток Iy. Кривая намагничивания материала сердечника дана на рис.2. При прохождении переменного тока по обмотке
на обмотке
Рис.1. Схема МУ на одном сердечнике. будет наводиться э.д.с. Эта э.д.с. будет создавать переменный ток в цепи управления. Для ограничения этого тока в цепи управления включается балластный дроссель Хб.
Рассмотрим вначале соотношения в дросселе при отсутствии тока управления (цепь управления разомкнута). Индуктивное сопротивление обмотки равно:
где S-активное сечение магнитопровода; - число витков рабочей обмотки; l-длина средней магнитной линии магнитопровода.
При неизменных конструктивных параметрах S, и l индуктивность определяется магнитной проницаемостью. Если ток управления отсутствует, то сердечник работает в ненасыщенной зоне 1 (рис.2). В этой зоне магнитная проницаемость
велика и индуктивное сопротивление дросселя
велико. Сопротивление нагрузки RH обычно очень мало по сравнению с ХP1, поэтому ток в рабочей обмотке определяется только индуктивным сопротивлением дросселя и мал по величине.
Подадим в обмотку управления такой постоянный ток управления Iу, чтобы перенести рабочую зону полностью в область 2. В этой области из-за насыщения материал имеет малую магнитную проницаемость . Индуктивное сопротивление рабочей обмотки дросселя резко уменьшается, что ведет к уменьшению полного сопротивления цепи и возрастанию тока в нагрузке. Величины XP2 и RH выбираются таким образом, чтобы
. Тогда ток в цепи определяется сопротивлением самой нагрузки. При этом все напряжение источника питания приложено к сопротивлению нагрузки. Мы рассмотрели два крайних режима усилителя — режим холостого хода, когда Iу=0 и ток в нагрузке имеет минимальное значение Iно, и режим максимальной отдачи, когда ток в нагрузке достигает наибольшего значения.
При плавном увеличении тока управления Iу ток в нагрузке плавно увеличивается от Iно до максимального значения Iн.макс за счет уменьшения магнитной проницаемости .
Характеристика управления МУ приведена на рис.3. По оси абсцисс отложен ток управления, приведенный к рабочей обмотке . В линейной зоне характеристики соблюдается равенство средних значений м.д.с. обмоток:
или
.
Вследствие низких значений коэффициентов усиления, большой массы дроссельные МУ в настоящее время применяются редко, в основном как измерительные трансформаторы постоянного тока и напряжения. В первом случае измеряемый ток I=Iу пропускается по шине, которая является одновитковой обмоткой управления. Магнитоэлектрический амперметр через выпрямительный мост включен в цепь рабочей обмотки и измеряет ток Iр пропорциональный постоянному току:
Рис.3. Характеристика управления.