Основні теоретичні відомості. Простим (однотактним) магнітним підсилювачем зветься змінна індуктивність, яка реалізується на нелінійних характеристиках магнітних матеріалів

 

Простим (однотактним) магнітним підсилювачем зветься змінна індуктивність, яка реалізується на нелінійних характеристиках магнітних матеріалів, що дозволяє з допомогою малопотужного керуючого сигналу постійного струму глибокою зміною власного імпедансу індуктивності керувати надходженням у навантаження енергії від значно потужнішого джерела живлення.

Маючи ряд позитивних якостей, магнітні підсилювачі розповсюджені у пристроях систем автоматики та телемеханіки, зокрема на автомобільному транспорті та в дорожньому будівництві, як підсилювач потужності для керування електричними виконавчими елементами (наприклад, керування стрілою лебідки, електротрансмаї потужних автомобілів, увімкненням світлофорів і т.п.).

Простий магнітний підсилювач - це дросель насичення, в обмотку змінного струму якого увімкнутий послідовно опір навантаження R_H (рис.5.1). Сигнал, який підсилюється, подається в обмотку керування W_K.

 

 

 

Рис.5.1

 

 

В схемі зображеній на рис.5.1, в наявності ефект підсилення потужності змінного струму. При цьому Р_H стає значно більшим, ніж зміна потужності керуючого сигналу постійного струму Р_H в обмотці керування W_K.

Струм у робочій обмотці визначається слідуючим співвідношенням.

 

(5.1)

 

де Z - повний опір робочої обмотки W_pi

 

(5.2)

 

L - індуктивний опір обмотки W_p; w=2p¦ - кутова частота змінного струму; L - індуктивність робочої обмотки W_p;

 

, (5.3)

 

W_p - кількість витків робочої обмотки; S - площина перетину осердя; l_сер - довжина середньої магнітної лінії; m_диф - диференційна магнітна проникність осердя.

Таким чином, індуктивність робочої обмотки є функцією властивостей осердя, що витікає з (5.3). Магнітна приникність феромагнітного осердя m > 1 та, окрім того, дуже залежить від напруженості магнітного поля в осерді Н (рис.5.2). Оскільки можна змінювати у визначених межах напруженість магнітного поля Н, змінюючи струм в обмотці керування, можна керувати індуктивністю, а отже, і повним опором робочого кола та струмом, який тече крізь R_H.

 

Рис. 5.2

 

Струм робочої обмотки можна визначити з формул (5.1) та (5.2):

 

(5.4)

 

З виразу (5.4) витікає, що струм у робочій обмотці при U = const, R_Н = const буде визначатися лише індуктивністю робочої обмотки, яка залежить від струму керування. Графік залежності I_p = (І_к) зображений на рис.5.3.

Рис. 5.3.

 

Як видно з рис.5.3, при відсутності струму керування в навантаженні тече певний початковий струм l_p.o, визначений значенням L_р якщо I_к = 0. При збільшенні струму керування починає збільшуватись струм l_р внаслідок зменшення індуктивності робочої обмотки L_p, (див. вираз 5.4). Збільшення l_к вище певного значення призводить до того, що приріст l_к вже не викликає значного приросту l_р. Це свідчить про те, що осердя магнітного підсилювача знаходиться в насиченні: (m = 0; І, = 0) і струм у робочій обмотці залишається постійним та рівним струму насичення:

 

(5.5)

 

Основний закон магнітного підсилювача складається з рівняння зміни ампервитків робочого та підмагничуючого кіл

 

(5.6)

 

звідки

Величина W_k / W_p в цьому виразі показує, у скільки разів робочий струм перевищує струм керування, та зветься коефіцієнтом підсилення магнітного підсилювача по струму К₁.

 

(5.7)

 

(5.8)

 

З виразу (5.7) видно, що для одержання значного ефекту підсилення по струму необхідно збільшувати кількість витків керуючої обмотки Wк (тому що кількість витків W_р обирають однозначно, виходячи з обраної напруги живлення підсилювача та площини перерізу осердя.

При відомих значеннях R_н та R_к (опір керуючої обмотки) можна визначити коефіцієнт підсилення по потужності:

 

(5.9)

 

де DР_н - зміна потужності яка виділяється в навантаженні; DР_к - зміна потужності керуючого сигналу; DІ_н - зміна струму крізь опір навантаження (DІ_н = DІ_р).