Реакторы и трансреакторы

Реактор LR состоит из обмотки ω и ферромагнитного магнитопровода (рис. 1.5, а). Ферромагнитные материалы, из которых вы­полняют магнитопровод реактора, имеют нелинейную характерис­тику намагничивания В=f(H), что обусловливает уменьшение их магнитной проницаемости (а с увеличением напряженности маг­нитного поля Н (рис. 1.5, б). Индуктивное сопротивление реактора x_L пропорционально магнитной проницаемости μ, поэтому оно из­меняется с изменением тока в обмотке реактора. Для уменьшения этой зависимости и обеспечения относительного постоянства сопро­тивления магнитопровод реактора выполняется разомкнутым (с воздушным зазором δ). Вместе с тем в ряде устройств, например в магнитных усилителях, используют так называемые управляемые реакторы, сопротивление которых путем соответствующего управ­ления изменяют в требуемых пределах. Для этой цели на замкну­том магнитопроводе реактора кроме основной обмотки предусмот­рена обмотка управления ω_У (рис. 1.5, е), по которой проходит по­стоянный ток управления I_У. Путем изменения этого тока изменяют магнитное состояние магнитопровода, его магнитную проницае­мость и тем самым сопротивление x_L. Однако необходимо иметь в ви­ду, что характеристики намагничи­вания ферромагнитных материалов, используемых в управляемых реакторах, имеют выраженный прямоугольный характер.

С некоторым допущением их можно представить характеристикой, изображенной на рис. 1.5, г. При этом магнитопровод имеет два состояния: нена­сыщенное (— В_S < В < B_S) и насыщенное (B=±B_S). В первом случае μ и Х_L бесконечно велики, а во втором равны нулю. Следо­вательно, процесс управления не сопровождается непрерывным из­менением индуктивного сопротивления. Действительный характер явления подробно рассмотрен в [3].

В измерительных органах часто ток преобразуется в напряже­ние (ЭДС) путем включения в цепь тока балластных резисторов, реакторов, иногда конденсаторов. Однако в цепи тока можно вклю­чать лишь относительно малые сопротивления. Соответственно по­лучаются низкие напряжения, для повышения которых необходим трансформатор.

Трансреактор TAV выполняет функции реактора и трансформа­тора (рис. 1.6, а). Он состоит из обмотки ω₁ тока, разомкнутого магнитопровода и вторичной обмотки ω₂, находящейся в режиме, близ­ком к холостому ходу. Поэтому ток I'₁ в первичной обмотке являет­ся током намагничивания, а напряжение холостого хода Ů_2X равно ЭДС Ė₂ вторичной обмотки (рис. 1,6, б). Напряжение Ů_2X сдвинуто по фазе относительно тока İ'₁ на угол, близкий к p/2. Преобразова­ние определяется отношением Ů_2X к İ'₁, равным для обычного трансформатора (см. рис. 1.2) сопротивлению намагничивания Z' _нам , которое нелинейно зависит от тока İ'₁. Поэтому для обеспечения преобразования, близкого к линейному, магнитопровод трансреак­тора выполняют с зазором. При этом в схему замещения парал­лельно сопротивлению Z' _нам нам включается постоянное сопротив­ление Z '_δ , обусловленное воздушным зазором магнитопровода (рис. 1.6, в).

Для трансреактора отношение

                   Ů_2X / İ'₁= Z' _нам  Z '_δ / (Z' _нам+ Z '_δ),

Очевидно, чем меньше Z'_δ , тем большее приближение к линей­ности обеспечивается.

Магнитные усилители

Простейший магнитный усилитель AL состоит из двух управ­ляемых реакторов (рис. 1.7, а, б). Их основные (рабочие) обмотки переменного тока ω_~ соединяются последовательно согласно, а об­мотки управления ω_У — последовательно встречено. Этим обеспечи­вается взаимная компенсация ЭДС, трансформируемых из первич­ных рабочих обмоток в обмотки управления. При подведении к рабочим обмоткам переменного напряжения U_~ по ним проходит ток I_Н , который при неизменном напряжении U_~ можно изменять, изменяя индуктивное сопротивление рабочих обмоток X_L током I_У в обмотках управления. При увеличении тока I_У степень намаг­ничивания сердечников увеличивается, их магнитная проницае­мость и индуктивное сопротивление рабочих обмоток уменьшают­ся, а ток I_н возрастает. Если последовательно с обмотками ω_~ включается нагрузка Z _н , то получается простейший усилитель, так как с помощью небольшой мощности мой в обмотках управления ω_У, можно управлять значительно большей мощностью в цепи на­грузки.

Если ток нагрузки I_н , предва­рительно выпрямленный (I_о.с), пропустить по дополнительным обмоткам подмагничивания ω_o.c , соединенным так же, как обмотки управления, то получится магнит­ный усилитель с положительной магнитной обратной связью (рис. 1.8, а). Положительная обратная связь повышает усиление тока и мощности (чувствительность) маг­нитным усилителем. Роль положительной обратной связи станет по­нятна, если рассмотреть рис. 1.8, б, где показаны характеристики управления магнитного усилителя без обратной связи (кривая 1) и с положительной обратной связью (кривая 2). Обратная связь сме­щает характеристику в сторону отрицательных значений тока I_У и увеличивает ее крутизну, т. е. увеличивает усиление тока. Степень обратной связи характеризуется коэффициентом обратной связи

k_о.с= ω_o.c / ω_~.

По мере увеличения k_о.с крутизна характеристики I_Н = f(I_У) уве­личивается. При k_о.с >1 магнитный усилитель переходит в релей­ный режим, а его характеристика приобретает S-образную форму, располагаясь в области отрицательных значений тока I_У (рис. 1.8, в). Это значит, что ток нагрузки I_Н имеет максимальное значение, рав­ное I_{Н 3}, при I_У =0.

При непрерывном изменении тока I_У в сторону отрицательных значений до I_{У 4} ток нагрузки скачкообразно уменьшается от значения I_{н 4} до I_{н 1} (точки 4, 1). При непрерывном уменьшении отрицательного тока I_У от значения I_{У 4} до I_{У 2} ток нагрузки скачкообразно возрастает до своего максимального значения (точ ки2, 3).

Таким образом, при работе магнитного усилителя в релейном режиме ток нагрузки I_н имеет два устойчивых значения. Переход от одного значения к дру­гому происходит скачкообразно. Такой магнитный усилитель может выполнять функции измерительного реле, например максимального реле тока, при условии, если его характеристика расположена справа от оси абсцисс (рис. 1.8, г). При этом в случае отсутствия тока I_У ток в нагрузке близок минимальному значению (точка 5), ряд находится в начальном состоянии. Условию действия реле (см. §2.2) соответствует скачкообразное изменение тока нагрузки до максимального (точка 3) при токе I_У ≥ I_Д.Р действия реле. Реле возвращается в исходное положение (происходит отпускание реле) при уменьшении тока до I_о.р. Для сме­щения характеристики магнитного усилителя предусматривается дополнительная подмагничивнощая обмотка смещения ω_см (рис. 1.8, а).

Рассмотренные магнитные усилители позволяют изменять ток в цепи нагрузки I_Н только по значению. В ряде устройств требуется, чтобы с изменением полярности тока управления I_У изменялась фа­за переменного или полярность по­стоянного тока. Таким свойством обладает реверсивный магнитный усилитель [3]. Он состоит из двух обычных магнитных усилителей, уп­равляемых общим током I_У (рис. 1.9, а). Обмотки смещения ω_см вклю­чаются так, что характеристика од­ного магнитного усилителя AL1 сме­щается в сторону отрицательных значений I_У, а другого AL2 — в сто­рону положительных значений (рис. 1.9, б). При этом в случае I_У = 0 наблюдается равенство выходных токов магнитных усилителей I_Н1 = I_Н2. Если нагрузка Z _н включена на разность токов, то с измене­нием полярности тока управления I_У изменяется фаза (или знак при выпрямленных тока) и тока нагрузки I_Н .

Рис. 1.9. реверсивный магнитный усилитель и характеристики уп­равления