Магнитные усилители: §72. Магнитные усилители

Содержание

§72. Магнитные усилители

Магнитным усилителем называют электромагнитный аппарат, служащий для плавного регулирования переменного тока, поступающего к нагрузке, путем изменения индуктивного сопротивления X_L катушки с ферромагнитным сердечником, включенной последовательно с нагрузкой. Принцип действия магнитного усилителя основан на изменении индуктивности катушки с ферромагнитным сердечником при подмагничивании ее постоянным током. С помощью такого аппарата можно регулировать большие токи посредством сравнительно слабых электрических сигналов. Магнитные усилители широко применяют на тепловозах для автоматического регулирования возбуждения главного генератора и на э. п. с. для регулирования напряжения источника служебного тока при зарядке аккумуляторных батарей, в стабилизаторах напряжения и для других целей. Существуют магнитные усилители с насыщающимися реакторами и с самонасыщением (с самопод-магничиванием).

Магнитные усилители с насыщающимися реакторами. В таком магнитном усилителе используют два насыщающихся реактора L1 и L2 (рис. 235, а). Каждый из них выполнен в виде катушки 1 (рабочей обмотки) с ферромагнитным сердечником 3 и подмагничивающей обмоткой 2, по которой проходит постоянный ток (ток управления I_v).

Рабочие обмотки 1 реакторов L1 и L2 включают согласованно, чтобы переменные э. д. с. е_L1 и е_L2, индуцированные в них, складывались, а обмотки управления 2 включают встречно, чтобы э. д. с. e_y1 и e_y2, индуцированные в них, были направлены навстречу друг другу и взаимно уничтожались.

Входом магнитного усилителя, на который подается управляющий сигнал U_у, являются зажимы а и b обмоток управления обоих реакторов. Выходом усилителя служат точки с и d, к которым подключают нагрузку R_н. Если нагрузка питается переменным током, то она включается последовательно с рабочими обмотками реакторов L1 и L2. Такой магнитный усилитель называют усилителем с выходом на переменном токе. Если нагрузка Rн рассчитана на питание постоянным током, то ее включают через выпрямитель В (рис. 235,б). Магнитный усилитель в этом случае называют усилителем с выходом на постоянном токе.

Источником питания магнитного усилителя служит сеть переменного тока или трансформатор, подключенный к питающей сети (когда напряжение питания отличается от напряжения сети).

Магнитный усилитель обладает способностью усиливать электрические сигналы. Это объясняется тем, что мощность, потребляемая обмоткой управления и расходуемая на ее нагрев, во много раз меньше мощности, передаваемой нагрузке R_н. Поэтому, затрачивая малую мощность в обмотке управления, можно регулировать значительно большую мощность, поступающую к нагрузке R_н. При работе усилителя не происходит какого-либо нарушения закона сохранения энергии. В данном случае передача мощности нагрузке производится не от цепи управления, а от источника

Рис. 235. Схемы магнитных усилителей с насыщающимися реакторами с выходом на переменном (а) и постоянном (б) токе

питания переменного тока. Управляющий сигнал Uy постоянного тока позволяет лишь изменять значение этой мощности.

Магнитный усилитель работает следующим образом. Когда на вход усилителя не подается управляющий сигнал (напряжение на входе усилителя U_у и ток управления I_у равны нулю), сердечники реакторов не насыщены и рабочие обмотки 1 имеют большое индуктивное сопротивление. Поэтому ток в цепи нагрузки будет мал. Его называют начальным, или током холостого хода усилителя. Напряжение на нагрузке U_н (выходное напряжение) будет также мало, так как большая часть напряжения питания U теряется в виде падения напряжения IX_L в рабочих обмотках. Следовательно, будет мала и мощность, поступающая к нагрузке от источника питания.

При подаче в обмотки управления 2 тока управления I_у сердечники реакторов подмагничиваются и индуктивное сопротивление X_L рабочих обмоток 1 уменьшается. При этом растут ток в цепи нагрузки и поступающая к ней мощность.

Для магнитного усилителя справедливо такое же уравнение магнитодвижущих сил, что и для трансформатора:

F_p = F_y

где

F_p = I?_p — м. д. с. рабочей обмотки;
F_y = I_y?_y — м. д. с. обмотки управления;
?_p, ?_y— число витков рабочей обмотки и обмотки управления.

Отсюда получаем зависимость тока I в цепи рабочих обмоток от тока управления I_у:

I = (?_y/?_p) I_у (79)

Приведенное соотношение справедливо только до тех пор, пока ток I_у не достигает значения I_{y max}, при котором сердечники реакторов будут насыщены в течение всего периода изменения питающего напряжения u. В этом случае индуктивное сопротивление рабочих обмоток станет равным нулю и магнитный усилитель теряет свои управляющие свойства.

Зависимость тока 1 в цепи рабочих обмоток от тока управления I_у при постоянном напряжении U источника питания называется характеристикой управления магнитного усилителя. Характеристика управления для идеализированного магнитного усилителя (рис. 236, а), построенная по формуле (79), симметрична относительно оси тока I, так как при изменении направления под-магничивающего тока I_у электромагнитные процессы в усилителе не изменяются.

У реального магнитного усилителя при I_у = 0 существует небольшой ток холостого хода I₀ (усилитель имеет некоторое конечное индуктивное сопротивление X_L) и характеристика управления (рис. 236, б) не имеет резкого перелома в точке, соответствующей I_{у max}.

Рис. 236. Характеристики управления идеализированного (а) и реального (б) магнитного усилителя

Рис. 237. Характеристики управления при наличии обмотки смещения (а) и положительной обратной связи (б)

Крутизна характеристики управления определяет коэффициенты усиления по току к_i, и по мощности к_р. Коэффициент усиления по току представляет собой отношение тока I в цепи нагрузки к току I_y в цепи управления, коэффициент усиления по мощности — отношение мощности Р_н, передаваемой нагрузке, к мощности Р_у, потребляемой обмоткой управления.

Для того чтобы ток холостого хода был по возможности мал, а рабочие участки характеристики имели большую крутизну с целью увеличения коэффициентов усиления по току и по мощности, магнитную систему реакторов L1 и L2 выполняют на тороидальных сердечниках из пермаллоя. Часто применяют сердечники, навитые из холоднокатаной стальной ленты, так же как и в трансформаторах малой мощности. Усилители большой мощности изготовляют из листовой электротехнической стали на П- или Ш-образных сердечниках. Сердечники собирают весьма тщательно. Воздушные зазоры в стыках пластин должны быть по возможности малы. При возникновении зазоров свойства усилителя ухудшаются, так как его индуктивное сопротивление меньше зависит от тока управления. Следовательно, характеристика усилителя становится более пологой — уменьшаются коэффициенты усиления по току к по мощности. Современные магнитные усилители позволяют получать коэффициенты усиления k_i ?100 и k_p ? 1000.

Магнитный усилитель, выполненный по схемам рис. 235, имеет симметричную характеристику управления, т. е. одинаково реагирует на то или иное направление тока управления. В ряде случаев требуется, чтобы ток нагрузки изменялся различным образом в зависимости от полярности сигнала управления. Для этой цели в усилителе создают некоторое начальное подмагничивание при помощи специальной обмотки, обтекаемой постоянным током Iсм. Она называется обмоткой смещения и располагается на сердечнике так же, как и обмотка управления (при наличии нескольких обмоток управления одну из них обычно используют в качестве обмотки смещения).

При включении обмотки смещения характеристика управления усилителя сдвигается влево (рис. 237, а) на величину F_см/?_y (здесь F_см = I_см?_см — м. д. с. обмотки смещения). В этом случае при отсутствии тока в обмотке управления ток в цепи нагрузки имеет некоторое значение I_нач, которое будет увеличиваться или уменьшаться в зависимости от направления тока управления I_у. Введение начального подмагничивания одновременно повышает коэффициент усиления для малых токов I_у, поскольку при этом повышается крутизна характеристики управления.

В магнитном усилителе, составленном из двух отдельных реакторов (см. рис. 235), в каждой из обмоток управления могут индуцироваться значительные э. д. с. е_у, что заставляет выполнять их с усиленной изоляцией. Поэтому часто оба реактора конструктивно объединяют в один аппарат, который имеет обмотку управления 2, общую для двух реакторов (рис. 238, а). При таком выполнении результирующий магнитный поток, пронизывающий обмотку управления, будет мал и в ней практически не будет индуцироваться э.д.с. Сердечники разделяют немагнитной прокладкой 3, при этом по каждому из стержней, охватываемых обмоткой управления, проходит переменный магнитный поток, который интенсивно перемагничивает сердечники (снимает остаточную индукцию, возникающую при изменении тока управления) и уменьшает тем самым влияние остаточного магнетизма на характеристику усилителя. В некоторых случаях магнитный усилитель выполняют на трехстержневом сердечнике (рис. 238,б).

Обычно магнитные усилители имеют не одну, а несколько обмоток управления, которые позволяют изменять выходное напряжение U_н и ток нагрузки I в зависимости от различных факторов. Например, магнитные усилители, устанавливаемые на некоторых тепловозах, имеют четыре обмотки управления.

Обратные связи в магнитных усилителях. Магнитные усилители обычно выполняют с обратными связями, которые обеспечивают увеличение стабильности работы усилителя и повышение его коэффициента усиления.

Обратной связью в усилителе называется воздействие выходного тока или напряжения на его вход. Она может быть внешней и внутренней. Для создания внешней обратной связи в усилителях предусматривают специальную обмотку (рис. 239), которая дополнительно подмагничивает или размагничивает сердечник. Она располагается на сердечнике так же, как и обмотки управления и смещения, и питается выпрямленным током, пропорциональным току нагрузки или напряжению на нагрузке. Обратная связь может быть положительной и отрицательной. Если при возрастании тока нагрузки или напряжения на нагрузке обмотка обратной связи усиливает действие входного сигнала, то обратная связь называется положительной. Ее используют для повышения коэффициента усиления. Если же при возрастании тока или напряжения на нагрузке обмотка обратной связи ослабляет действие входного сигнала, то связь называется отрицательной. Такую связь вводят в системы автоматического регулирования для повышения устойчивости их работы.

Обычно обмотку обратной связи включают через выпрямитель,

Рис. 238. Схемы магнитного усилителя с насыщающимися реакторами со сдвоенным (а) и с трехстержневым (б) сердечниками

Рис. 239. Принципиальная схема магнитного усилителя с обмотками смещения и обратной связи

который присоединяют параллельно или последовательно нагрузке. В первом случае ток I_ос в обмотке обратной связи будет пропорционален выходному напряжению U_н (обратная связь по напряжению), во втором—току I_н в цепи нагрузки (обратная связь по току). Если нагрузка питается выпрямленным током, то можно использовать один общий выпрямитель для питания нагрузки и создания обратной связи.

В магнитном усилителе с выходом на постоянном токе (см. рис. 239) имеются два реактора L1 и L2 с сердечниками 1, на каждом из которых намотаны рабочие обмотки 2, обмотки управления 3, смещения 4 и положительной обратной связи по току 5. Нагрузка R_н и обмотки положительной обратной связи по току включены через выпрямитель 6. Параллельно обмоткам 5 присоединен резистор 7, посредством которого можно регулировать ток I_ос в этих обмотках. Обмотки 3, 4 и 5, расположенные на сердечниках двух реакторов L1 и L2, включены встречно, чтобы индуцируемые в них переменные э. д. с. взаимно уничтожались. Начала всех обмоток обозначены точками (при этом принимается, что все обмотки намотаны в одном направлении). Обмотки смещения 4 создают м. д. с, направленную против м. д. с. обмоток 3 и 5. Вместо двух обмоток обратной связи и смещения можно применить по одной, охватывающей стержни обоих реакторов, как это показано на рис. 238 для обмоток управления.

При наличии положительной обратной связи (когда ток L_ос направлен так же, как и ток I_у) характеристика управления будет иметь большую крутизну (см. рис. 237,б). Следовательно, при этом увеличиваются коэффициенты усиления по току к_i и по мощности к_р.

При изменении направления тока I_ос обратная связь становится отрицательной (обмотка обратной связи будет создавать м. д. с. направленную противоположно м. д. с. обмотки управления). Крутизна рабочего участка характеристики управления, а также коэффициенты усиления по току и мощности в этом случае уменьшаются.

Магнитные усилители с самонасыщением. Положительную обратную связь можно обеспечить и без специальной обмотки обратной связи. Для этого последовательно с каждой рабочей обмоткой 2 реактора включают полупроводниковые вентили 4 (рис. 240). При таком включении по рабочим обмоткам реакторов L1 и L2 протекает выпрямленный пульсирующий ток (в один полупериод — ток i₂ в другой полупериод — ток i₂), постоянная составляющая которого обеспечивает дополнительное подмагничивание их сердечников 3. Следовательно в этом усилителе рабочие обмотки являются одновременно и подмагничивающими, т. е. имеет место внутренняя положительная обратная связь, при которой роль тока I_ос обратной связи выполняет постоянная составляющая тока нагрузки. Коэффициент усиления по мощности такого усилителя весьма высок, так как большая часть мощности, необходимой для подмагничивания сердечников, забирается из цепи переменного тока и ток I_у в обмотках управления 1 может быть существенно уменьшен.

В магнитном усилителе, показанном на рис. 241, а, в оба полупериода переменного питающее напряжения через рабочие обмотки реакторов L1 и L2 проходят попеременно пульсирующие токи i₁ и i₂, вызывая переменное насыщение их сердечников. При этом к нагрузке R_H приложено переменное напряжение u_н и через нее проходит переменный ток I. В усилителе, показанном на рис. 241,б, через рабочие обмотки также проходят попеременно токи i₁ и i₂, но через нагрузку R_н они проходят всегда в одном и том же направлении и к ней приложено постоянное напряжение U_н.

Магнитные усилители с самонасыщением используют в качестве регуляторов системы возбуждения генераторов на некоторых тепловозах. Если требуется регулировать электрические установки
большой мощности, то применяют трехфазные магнитные усилители.

Трансформаторы постоянного тока и напряжения. С помощью магнитных усилителей можно создать трансформаторы постоянного тока и напряжения. Трансформатор постоянного тока представляет собой однофазный магнитный усилитель, состоящий из двух реакторов L1 и L2 (рис. 242,а), у которых рабочие обмотки 1 соединены последовательно. Обмотки подмагничивания также соединяют последо-

Рис. 240. Схема магнитного усилителя с самонасыщением

Рис. 241. Принципиальные схемы магнитных усилителей с самонасыщением с выходом на переменном (а) и постоянном (б) токе: 1 — обмотка управления; 2 — рабочая обмотка; 3 — сердечники; 4 — полупроводниковые вентили

вательно и встречно или их роль выполняет кабель 2, пропущенный через окна сердечников обоих реакторов. При изменении постоянного тока I₁, проходящего по цепи подмагничивающей обмотки или по кабелю 2, изменяется насыщение сердечников, а следовательно, и переменный ток I₂ в цепи рабочих обмоток. При работе усилителя на прямолинейной части характеристики управления ток I₂ будет изменяться пропорционально току I₁. С помощью выпрямителя 3 переменный ток I₂ можно преобразовать в постоянный I’₂, который также будет пропорционален току I₁.

Трансформатор постоянного напряжения (рис. 242,б) выполняется так же, как и трансформатор постоянного тока, но его подмагничивающие обмотки 2 подключают через добавочный резистор к двум точкам, между которыми действует напряжение U₁ постоянного тока. Рабочие обмотки 1 для повышения точности включают параллельно (в этом случае существенно снижаются

Рис. 242. Схемы трансформаторов постоянного тока (а) и постоянного напряжения (б)

э. д. с. четных гармоник, индуцируемых в обмотках 2). При изменении напряжения U₁ изменяется ток подмагничивания I₁, а следовательно, и ток I₂ в цепи рабочих обмоток. При работе усилителя на линейной части характеристики токи I₂, I’₂ и выпрямленное напряжение U₂ будут пропорциональны напряжению U₁.

Магнитный усилитель — Студопедия

Магнитный усилитель — это статический аппарат, предназначенный для управления величиной переменного тока посредством слабого постоянного тока. Применяется в схемах автоматического регулирования электродвигателей переменного тока.

Работа магнитного усилителя основана на нелинейности характеристики намагничивания магнитопровода. На крайних стержнях магнитного усилителя находится рабочая обмотка, которая состоит из двух катушек, соединённых последовательно. На среднем стержне размещается обмотка управления из большого количества витков W=. Если ток в неё не подаётся, а к рабочей обмотке, соединённой последовательно с нагрузкой, подведено переменное напряжение U~, то из-за малого количества витков W~ магнитопровод не насыщается, и почти всё напряжение падает на реактивном сопротивлении рабочих обмоток Z~. На нагрузке в этом случае выделяется малая мощность.

Если теперь пропустить по обмотке управления ток Iу, то даже при небольшом его значении (из-за большого W=), возникает насыщение магнитопровода. В результате реактивное сопротивление рабочей обмотки резко уменьшается, а величина тока в цепи — увеличивается. Таким образом, посредством малых сигналов в обмотке управления можно управлять значительной величиной мощности в рабочей цепи магнитного усилителя.

В простейшем случае магнитный усилитель — это управляемая постоянным током индуктивность, которая включается в цепь переменного тока последовательно с нагрузкой. При большой индуктивности ток в последовательной цепи и в нагрузке маленький, при малой индуктивности ток в последовательной цепи и в нагрузке большой. Существует целый ряд разработок, в которых магнитный усилитель используется для удвоения частоты, бесконтактного переключения токов (бесконтактные реле), для стабилизации напряжения питания, для модуляции сигналов ВЧ сигналами НЧ.

В последнее время магнитный усилитель был частично потеснён полупроводниковыми приборами, но в ряде применений по-прежнему не имеет конкурентов.

Основное назначение — управление силовым электроприводом (распространены в строительной технике), По-прежнему магнитные усилители используются в системах, измеряющих постоянные токи от тензодатчиков. Магнитный усилитель позволяет бесконтактно измерять постоянные токи в линиях электропередач. В последнее время для этого всё чаще применяют более компактные датчики Холла.

Схема магнитного усилителя

Сердечник изготавливают из электротехнической стали или других ферромагнитных материалов, например из пермаллоя. Катушки Р1 и Р2 рабочей обмотки усилителя включены в цепь переменного тока. В обмотку управления У1 подводится постоянный ток. Рабочая обмотка магнитного усилителя представляет собой индуктивное сопротивление.
При описании возбудителей с расщепленными полюсами подробно рассматривался процесс намагничивания ферромагнитных сердечников. Если вначале с увеличением магнитодвижущей силы пропорционально ей возрастают магнитный поток и магнитная индукция, то при наступлении магнитного насыщения материала сердечника практически прекращается изменение магнитной индукции, как бы ни увеличивали мы магнитодвижущую силу за счет повышения величины тока в обмотке. Явление магнитного насыщения ферромагнитных материалов использовано в магнитном усилителе.
Вследствие большого индуктивного сопротивления рабочей обмотки при отсутствии тока в обмотке управления сила тока в цепи рабочей обмотки будет весьма невелика. Если по обмотке управления пропустить постоянный ток и довести сердечник до магнитного насыщения, то переменный ток рабочих обмоток уже не будет создавать дополнительного изменяющегося магнитного потока. Индуктивное сопротивление рабочих обмоток резко снизится, и в соответствии с законом Ома ток, протекающий по этим обмоткам, значительно увеличится. При постепенном увеличении тока в обмотке управления также постепенно снижается переменный магнитный поток, создаваемый рабочими обмотками, и нарастает ток в цепи этих обмоток.
Магнитный усилитель можно рассматривать и как регулируемый резистор в цепи переменного тока, изменение сопротивления которого производится с помощью управляющего постоянного тока.
Нагрузка Rн т. е. объект, в котором ток регулируется с помощью магнитного усилителя, включается в цепь рабочих обмоток. Нагрузкой магнитных усилителей часто являются обмотки возбуждения генераторов. Чтобы через нагрузку проходил постоянный, а не переменный ток, в цепь включается выпрямительный мост В.
Отношение тока нагрузки к току в обмотке управления называют коэффициентом усиления магнитного усилителя по току, а отношение мощностей нагрузки и управления — коэффициентом усиления по мощности. Коэффициенты усиления обычных магнитных усилителей обычно лежат в пределах от 50 до 200.

Магнитный усилитель забытая схемотехника.

Магнитный усилитель совершенно забыт в 21 первом веке усилиями производителей радиодеталей. И напрасно.

Магнитный усилитель, это простота и красота схемотехники. С применением управляемых дросселей насыщения, можно упрощением схемы обойтись без целого огорода ламп и полупроводников.

Перед применением магнитных усилителей нужно отдельно разобраться с его работой в конкретном устройстве для конкретных режимов. Это узел, который плохо поддается расчетам.

Регулирующий дроссель это:

Количество витков силовой обмотки.

Количество витков обмотки управления.

Коэффициент трансформации.

Из этого следует, что для нормальной работы магнитного регулятора нужно всего лишь правильно подобрать количество витков в обмотках.

Сначала выбирается количество витков в силовой обмотке для данного железа. Силовая обмотка должна садить проходящее через нее напряжение требуемого тока, на величину предела регулировки, это без подачи управляющего напряжения на обмотку управления. Чем больший проходящий через обмотку ток, тем меньше КПД магнитного регулятора.

Теперь нужно подобрать число витков в управляющей обмотке для заданного тока, регулирующего напряжения.

Число витков в управляющей обмотке должно быть достаточным для полной компенсации падения напряжения на силовой обмотке, заданным током регулирующего напряжения. Магнитная индукция обмотки управления определяется числом витков на Вольт. Чем больше витков, тем меньший ток управления, но больше напряжение.

Пропорция витков в обмотках магнитного регулятора, или коэффициент трансформации, должен быть такой, чтобы силовая обмотка не влияла на обмотку управления больше, чем может компенсировать управляющее напряжение и ток схемы управления.

Это все быстро и легко подгоняется экспериментально.

Несколько закономерностей для магнитных ключей.

Чем больше токи протекают через силовую обмотку, тем меньше КПД магнитных ключей.

Магнитные ключи, это устройства, работающие без запасов, путем тщательного подбора под конкретный режим.

Чем шире диапазон регулирования, тем меньший КПД магнитного ключа.

Вот, для примера, несколько схем 1961 года, армейских и бытовых.

1. Стабилизатор анодного напряжения 5000 вольт лампы ГИ-19Б, применяемой в РЛС П-12, 1961г.

Схема была настолько засекречена, что описания принципа ее работы не было даже в сопутствующей документации.

Принцип ее работы основан на балансном мосте, выполненном на лампе 6Н1П. Чем больше положительное напряжение на 2й ножке — сетке регулирующей лампы 6Н1П, тем меньше напряжение на 7й ножке управляющей лапы 6П1П. Следовательно, меньше напряжение на управляющей обмотке магнитного ключа и меньше выходное напряжение.

2. Схема стабилизатора 7,5В, 35А для накала лампы ГИ-19Б, применяемой в РЛС П-12, 1961г.

Особенность этой схемы, применение 2П1Л в качестве управляющей радиолампы.

2П1Л, это низковольтный лучевой тетрод прямого накала, предназначен для усиления звуковой частоты с напряжением накала 2В и конструктивно, с замком в ключе. Лампа для батарейных ламповых приемников. 2П1Л позже стала 2П1П — такая же, только пальчиковая.

Стабилизация напряжения в этом стабилизаторе осуществляется изменением накала лампы 2П1Л. В лампах прямого накала реакция на колебание накального напряжения намного быстрее, чем в лампах с косвенным накалом.

Вот фото магнитного ключа — стабилизатора накала лампы ГИ-19Б, в РЛС П-12.

Если в трансформаторе, через магнитный шунт, вместо обмотки управления сделать насыщенный резонансный контур 50Гц х 220В, то этот контур будет держать стабильное напряжение в некоторых пределах изменения входного напряжения и выходной нагрузки. Это уже будет феррорезонансный стабилизатор.

4. Схема стабилизатора напряжения СНФ-200 для телевизоров 1961г.

Работа схемы стабилизатора напряжения СНФ-200, заключается в следующем.

На толстой части керна мотается сетевая, ненасыщающаяся обмотка, которая подключается к сети 220В. Толщина керна не позволяет железу входить в насыщение в пределах допустимых нагрузок.

После магнитного шунта, толщина керна значительно меньше и в диапазоне нагрузок, на 10-15 процентов ниже максимальной мощности, железо входит в насыщение.

Напряжение на насыщенной обмотке при стабильной нагрузке, почти не меняется, при колебаниях сети 220В.

Расширить участок стабилизации до 20-30 процентов, можно компенсировав гистерезис железа, намотав некоторое количество витков на ненасыщенной части керна, в противоположную сторону. Таким образом, увеличение входного напряжения будет компенсировать неизбежный рост выходного напряжения, компенсируя гистерезис железа.

Количество витков компенсирующей обмотки зависит от ширины петли гистерезиса железа, пропорций количества витков в обмотках и диаметра провода.

Чем больше гистерезис железа, тем большие колебания выходного напряжения будут вызывать нестабильность нагрузки и нестабильность входного напряжения.

Уменьшение габаритов достигается применением резонансных конденсаторов в насыщающейся цепи, применением железа с малыми потерями и малой толщиной пластин.

Улучшение синусоиды на выходе, достигается применением резонансных дросселей в насыщающейся цепи.

Феррорезонансные стабилизаторы, кроме большого веса, габаритов, сильного гудения, имеют большую потребляемую мощность. Например, описываемый стабилизатор СНФ-200, являлся одним из лучших, и при этом его потребляемая мощность была 80Вт, при выходной мощности 160Вт.

Теперь можно привести примеры современных методов стабилизации переменного напряжения на основе магнитных регуляторов.

5. Вот простая схема эффективного стабилизатора напряжения на основе магнитного усилителя.

Выходное переменное напряжение стабилизируется магнитным усилителем, управляемым напряжением компенсации, получаемым от изменения накала дампового диода. Чем больше напряжение накала, тем больше компенсационное напряжение, и наоборот.

6. И напоследок схема регулировки сварочной дуги стационарной дуговой сварки ВДГ-303-3.

Напряжение дуги регулируется и стабилизируется управляющим, компенсирующим колебания сети 380В, напряжением 0+5В.

Вот фото магнитных ключей, стабилизаторов сварочного напряжения.

Статьи по теме.

Преобразователь фаз, 220V в 3 фазы.

Преобразователь фаз, 220V в 3 фазы. Заказать.

Разделительный трансформатор и фаза не бьется.

Спасибо за внимание.

С ув. Белецкий А. И. 15.01.2018г. Кубань Краснодар.

Магнитный усилитель — Википедия. Что такое Магнитный усилитель

Магнитный усилитель (амплистат возбуждения) тепловоза М62
Упрощённая схема включения магнитного усилителя

Магнитный усилитель (амплистат — от англ. amplifier — усилитель и static — статический, без движущихся частей, трансдуктор — от англ. transductor) — это электромагнитное устройство, работа которого основана на использовании нелинейных магнитных свойств ферромагнитных материалов^[1] и предназначенное для усиления или преобразования электрических сигналов^[2]. Применяется в системах автоматического регулирования, управления и контроля^[3].

Разновидности

дроссельный магнитный усилитель;
магнитный усилитель с самонасыщением (МУС),
дифференциальный магнитный усилитель

Принцип действия

Дроссельный магнитный усилитель

Работа магнитного усилителя основана на нелинейности характеристики намагничивания магнитопровода.

На крайних стержнях магнитного усилителя находится рабочая обмотка, которая состоит из двух катушек, соединённых последовательно и встречно.

Встречное включение рабочих обмоток необходимо для того, чтобы суммарная ЭДС в обмотке управления, наводимая от рабочей обмотки, была равна нулю. На среднем стержне размещается обмотка управления из большого количества витков W=. Если ток в неё не подаётся, а к рабочей обмотке, соединённой последовательно с нагрузкой, подведено переменное напряжение U~, то из-за малого количества витков W~ магнитопровод не насыщается, и почти всё напряжение падает на реактивном сопротивлении рабочих обмоток Z~. На нагрузке в этом случае выделяется малая мощность.
Если теперь пропустить по обмотке управления ток Iу, то даже при небольшом его значении (из-за большого W=), возникает насыщение магнитопровода. В результате реактивное сопротивление рабочей обмотки резко уменьшается, а величина тока в цепи — увеличивается. Таким образом, посредством малых сигналов в обмотке управления можно управлять значительной величиной мощности в рабочей цепи магнитного усилителя.

Но подобная конструкция МУ обладает рядом недостатков: малым усилением и нелинейностью, поскольку при малых токах управления рабочий ток также будет небольшим (это связно с нелинейностью в начале нагрузочной характеристики МУ и следовательно малым её наклоном), в цепи нагрузки при нулевом токе управления будет присутствовать ненулевой ток (ток холостого хода) кроме того рабочий ток не будет зависеть от полярности тока управления. Для увеличения коэффициента усиления и введения зависимости рабочего тока от полярности тока управления в МУ применяют дополнительную обмотку, т.н. «обмотку смещения», подавая на которую постоянное напряжение от отдельного источника можно выбрать рабочую точку МУ (точку при токе управления равном нулю), чем можно добиться линейной зависимости рабочего тока управления и существенного увеличения коэффициента усиления, а также зависимости рабочего тока от полярности тока управления, при этом в зависимости от соотношения полярности напряжений на обмотке управления и обмотке смещения нагрузочная характеристика будет смещаться: при согласном включении обмоток — происходит смещение характеристики влево (см. рис), а при встречном — право.

В простейшем случае магнитный усилитель — это управляемая постоянным током катушка индуктивности (дроссель), которая включается в цепь переменного тока последовательно с сопротивлением нагрузки.

Дроссельный магнитный усилитель без обмотки смещения
Нагрузочная характеристика МУ без обмотки смещения
Дроссельный магнитный усилитель с обмоткой смещения
Нагрузочная характеристика МУ с обмоткой смещения

Магнитный усилитель с самонасыщением

Включение в цепь выходной обмотки полупроводниковых вентилей — диодов приводит к насыщению сердечника, поскольку по обмоткам будет протекать ток одного направления, а в моменты спадания намагничивающего тока в сердечнике будет присутствовать остаточная намагниченность. Управляющая обмотка создаёт поле, которое размагничивает сердечник.

Обратные связи в магнитном усилителе

Для увеличения коэффициента усиления МУ в них вводят обратную связь (ОС), при этом обратная связь может быть двух типов:

внешней обратной связью
внутренней обратной связью

При внешней ОС вводится дополнительная обмотка , которую также наматывают на средний сердечник магнитопровода, как и обмотки управления и смещения. При этом обмотки ОС включаются в цепь рабочих обмоток таким образом, чтобы при увеличении тока управления и, значит, рабочего тока ток в обмотке ОС также возрастал, дополнительно подмагничивая сердечник и ещё более увеличивая рабочий ток. При этом ток в цепи рабочей обмотки является переменным, тогда как в цепи обмотки ОС должен быть постоянным, поэтому последнюю включают последовательно в цепь с рабочей обмоткой через диодный мост.

МУ с внешней ОС и его нагрузочная характеристика

При использовании МУ с внутренней ОС рабочие обмотки включаются через разнонаправленные выпрямительные диоды, а нагрузка включается между клеммой сети и общей точкой обмотки, т.о. в один полупериод нагрузка питается от одной обмотки, а в другой полупериод — от второй обмотки, в каждой рабочей обмотке протекает знакопостоянный ток (при этом обмотки так соединяются так, что их поток намагничивания был направлен в одну сторону), дополнительно подмагничивая сердечник и этим самым ещё более увеличивая ток в рабочих обмотках.

В обоих случаях обратная связь в одном направлении полярности на обмотке управления МУ является положительной: при увеличении тока управления сердечник подмагничивается, рабочий ток возрастает, с помощью обратной связи ещё более намагничивая сердечник, тем самым ещё более увеличивая выходной ток; при противоположном напряжении на обмотке управления ОС становится отрицательной. Т.о. нагрузочная характеристика становится более несимметричной, коэффициент усиления на обратной ветви становится очень малым, на прямой — сильно возрастает, достигая 1000, а в отдельных случаях до 3000 — 5000.

Дифференциальный магнитный усилитель

Для того, чтобы управлять направлением тока в нагрузке с большим коэффициентом усиления и очень линейной нагрузочной характеристикой с малым током холостого хода применяются дифференциальные магнитные усилители.
Дифференциальный МУ — это комбинация из двух МУ (с обмотками ОС, смещения), включенных так, что с одной стороны их рабочие обмотки включаются встречно и к ним подключается нагрузка, с другой стороны нагрузка подключается к средней точке питающего трансформатора (две остальные его клеммы питают цепь рабочих обмоток). Обмотки управления обоих МУ включаются последовательно встречно и при подаче управляющего напряжения один магнитный усилитель будет работать с ПОС, другой — ООС, в результате суммарная характеристика будет близка к характеристике МУ, работающего с ПОС, при уменьшении по модулю тока управления интенсивность МУ с ПОС уменьшается, а МУ с ООС увеличивается, при этом характеристика линейно стремится к нулю, при изменении знака роли МУ меняются, а характеристика имеет также такую же линейность в противоположной области. Подобные ДМУ могут применяться для управления асинхронными электродвигателями, поэтому их иногда называют реверсивными МУ.

Характеристики

Применение

Основное назначение — управление силовым электроприводом (распространены в строительной технике), также применялись в бытовых стабилизаторах переменного напряжения, бесконтактных реле, для модуляции сигналов, для удвоения частоты, в регуляторах яркости осветительных приборов киноконцертных залов, в двоичной ЭВМ ЛЭМ-1 Л. И. Гутенмахера и в троичных ЭВМ «Сетунь» и «Сетунь-70» Н. П. Брусенцова, управлении мощными электродвигателями, например в прокатных станах, в цепях управления тепловоза^[4]^[5]^[6].
Магнитные усилители во многих областях электротехники и электроники были вытеснены активными полупроводниковыми приборами, но и сейчас они применяются в ряде областей.

По-прежнему магнитные усилители используются в системах усиления постоянных токов от тензодатчиковов. Гибридные устройства, включающие миниатюрный магнитный усилитель и полупроводниковый усилитель, обладают малым дрейфом нуля и высокой точностью.

Магнитный усилитель позволяет бесконтактно измерять постоянные токи в линиях электропередач. В последнее время для этого всё чаще применяют более компактные датчики Холла.

Примечания

↑ Розенблат, 1963, с. 7.
↑ Ройзен, 1961, с. 3.
↑ Розенблат, 1963, с. 22.
↑ Международная конференция SORUCOM.2006, Сборник материалов, Брусенцов Николай Петрович, МГУ, ВМиК, [email protected], Троичные ЭВМ «Сетунь» и «Сетунь 70»
↑ Академия тринитаризма Дмитрий Румянцев,
Долой биты! (Интервью с конструктором троичной ЭВМ)
↑ ГОСТ 17561-84 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ. УСИЛИТЕЛИ МАГНИТНЫЕ.
Термины и определения

Литература

Ройзен С. С., Медникова И. И. Применение магнитных усилителей в автоматизированном электроприводе постоянного тока. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1961. — 120 с.
Розенблат М. А. Магнитные усилители и модуляторы. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1963. — 112 с.
Аттура Г. М. Магнитные усилители. Пер. с англ.. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1963. — 288 с.
Соболевский А. Г. Магнитный усилитель — что это такое?. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1963. — 48 с.
Гейгер В. А. Схемы магнитных усилителей / под ред. И. Я. Лехтмана; пер. с англ. Д. А. Липмана и И. И. Ратгауза. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1959. — 400 с.

Ссылки

Магнитный усилитель — это… Что такое Магнитный усилитель?

Принцип действия

Характеристика	Магнитный усилитель	Полупроводниковый усилитель
Управляемый ток	ВЧ	постоянный
Управляющий ток	постоянный или НЧ	ВЧ
Чувствительность	10⁻¹⁹ Вт	?
Освоенная мощность	до 500 МВА	свыше 10 МВА
К-т усиления 1 каскада	до 10⁶	до 10⁶
Рабочая температура	от 0К до 500°С	(от −40 до +80)°С, расширение диапазона требует научных исследований и создания новых материалов и технологий
Рабочее напряжение	не ограничено	около 3 кВ

Применение

Основное назначение — управление силовым электроприводом (распространены в строительной технике), также применялись в бытовых стабилизаторах переменного тока, в регуляторах освещения киноконцертных залов, в двоичной ЭВМ ЛЭМ-1 Л. И. Гутенмахера и в троичных ЭВМ «Сетунь» и «Сетунь-70» Н. П. Брусенцов а также в цепях управления тепловоза^[1]^[2]^[3].

По-прежнему магнитные усилители используются в системах, измеряющих постоянные токи от тензодатчиков. Гибридные схемы, сочетающие в себе миниатюрный магнитный усилитель с полупроводниковым, легко решают проблему дрейфа нуля и обладают высокой точностью.

Примечания

↑ Международная конференция SORUCOM.2006, Сборник материалов, Брусенцов Николай Петрович, МГУ, ВМиК, [email protected], Троичные ЭВМ «Сетунь» и «Сетунь 70»
↑ Академия тринитаризма Дмитрий Румянцев, Долой биты! (Интервью с конструктором троичной ЭВМ)
↑ ГОСТ 17561-84 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ. УСИЛИТЕЛИ МАГНИТНЫЕ. Термины и определения

Ссылки

Магнитные усилители — The virtual drink — LiveJournal

Однажды я сидел у каталога технической библиотеки и просматривал одни из ящиков. Недалеко от меня за столиком с табличкой «Дежурный библиограф» работала женщина. К ней подошел юноша и сказал:
– Простите, я не нашел в систематическом каталоге магнитных усилителей.
– В каком разделе вы смотрели? – спросила в свою очередь библиограф.
– В разделе «Усилители».
– А какие усилители, в каком общем разделе?
Молодой человек недоумевал:
– В разделе радиотехники! Там всякие усилители были, и электронные, и транзисторные, а вот магнитных не было.
– И не могло быть, – подтвердила библиограф.
– Почему?
– Потому что магнитные усилители надо смотреть в разделе «Автоматика».

Так начинается книга А. Г. Соболевского «Магнитный усилитель – что это такое?», изданная в 1963 году. Сегодня с трудом можно представить такой диалог. Может показаться, что речь идет о каких-то устаревших технологиях. Именно так хочется подумать, когда слышишь «Магнитный усилитель» или «Индуктивный делитель». На самом деле, и та, и другая технология используется и сегодня. Но в наши дни вряд ли можно встретить такого знающего библиотекаря, да и юношу с такими интересами – тоже. В книге, конечно, действительность сильно преукрашена, но сегодня подобного рода интереса у молодежи, как правило, не возникает. Прошло время технической романтики, это время закончилось разом где-то в 1988 году, когда на смену юношеским мечтам пришли реальные дела. Стало возможным зарабатывать деньги, а мечтать стало некогда.

Что-то говорить своими словами о магнитных усилителях смысла нет, когда есть такие замечательные книги. Разве что очень кратко. Представим себе дроссель с ферромагнитным сердечником, который включен в цепь переменного тока. Этот дроссель представляет собой реактивное сопротивление, которое ограничивает ток нагрузки. Сопротивление может быть довольно большим, тогда ток в нагрузке будет близким к нулю, нагрузку можно считать выключенной. Если теперь каким-то образом начать намагничивать сердечник, то можно подойти к его насыщению. При этом магнитная проницаемость уменьшится, одновременно уменьшится индуктивность и реактивное сопротивление. Ток нагрузки увеличится. Дроссель с насыщенным сердечником представляет собой очень незначительное сопротивление, его можно сравнить с открытым регулирующим элементом обычного усилителя. Для намагничивания сердечника обычно служит отдельная обмотка, которая называется управляющей. Это очень упрощенное представление, подробности можно узнать из книги.

Может показаться невероятным, но магнитный усилитель сегодня есть почти в каждом доме. Именно с его использованием чаще всего выполнен канал +3.3 В в недорогом компьютерном блоке питания формата ATX. Стоило мне протянуть руку и достать с полки плату старого компьютерного БП, как магнитный усилитель оказался прямо перед глазами.

Схемотехника узла формирования напряжения +3.3 В обычно следующая: используются те же отводы вторичной обмотки, что и для канала +5 В. Но выпрямитель канала +3.3 В подключен через насыщающийся дроссель. На фото это L3, он совсем маленький. В качестве опорного источника и усилителя ошибки служит микросхема IC6 типа TL431, в зависимости от выходного напряжения регулируется постоянная составляющая тока дросселя. И делает это маломощный транзистор Q4, в то время как ток нагрузки канала +3.3 В может достигать 10 А и более.

Фактически, в этой схеме насыщающийся дроссель работает как ключ. Не буду сегодня углубляться в технические подробности, пост будет больше гуманитарный. Подробно принцип работы изложен в материалах юнитродовских семинаров, а конкретно в документе slup129.pdf. Перевода этого документа я не встречал, были мысли его сделать, но, судя по всему, это работа в корзину.

Upd: частичный перевод статьи все-таки есть.

Конечно, такая реализация – не единственная для канала +3.3 В. Иногда это напряжение получают с помощью полноценного ключевого понижающего преобразователя, но такое решение дорогое. Иногда основной трансформатор имеет дополнительные отводы вторичной обмотки, тогда канал +3.3 В построен аналогично каналам +5 В и +12 В, осуществляется их групповая стабилизация. Надо сказать, что при использовании магнитного усилителя канал +3.3 В имеет отдельную стабилизацию, которая работает значительно лучше групповой стабилизации. Групповая стабилизация, вместе с ее главным элементом, дросселем групповой стабилизации (ДГС) – благодатная почва для мифов. Про это я уже неоднократно писал. Считается, что ДГС улучшает межканальную стабилизацию даже в случае разных, но стационарных нагрузок на каналы. В действительности это не так, ДГС лишь улучшает реакцию на скачок нагрузки, и всё. Правда, здесь требуется существенное уточнение – это справедливо для случая, когда все каналы достаточно нагружены, чтобы ток в дросселе был непрерывным. Если же какой-то канал работает с очень малой нагрузкой, тут действие ДГС будет сказываться даже в стационарных условиях, но механизм его другой. Вообще, компьютерный БП проектировали инопланетяне, раз там так много непонятного. Например, обычно вызывает затруднение вопрос, почему на всех каналах после ДГС стоит фильтрующая емкость, а уже после нее идет второе звено LC-фильтра, но на одном канале (иногда это +5 В, иногда + 12 В) после ДГС емкости нет, а сразу стоит небольшая индуктивность.

Если с магнитным усилителем все так хорошо, то почему его не применяют наши разработчики импульсных источников питания, ведь задача получения сразу нескольких напряжений не такая и редкая? Ответа на этот вопрос у меня нет.

Где еще применяются магнитные усилители? В тепловозах. Там они используются для регулировки тока возбуждения тягового генератора. Ниже показан фрагмент схемы тяговой электропередачи тепловоза 2ТЭ10М.

На этой схеме магнитный усилитель с самоподмагничиванием, называемый «амплистат», обозначен буквами АВ.

Аналогично построена схема управления генератором дизель-электрических экскаваторов.

Говорят, что магнитные усилители применяют для плавного включения и выключения освещения концертных залов и кинотеатров. Не знаю, насколько это сегодня соответствует действительности, но в прошлом так вполне могли делать. Суммарная мощность осветительных ламп – много киловатт, магнитный усилитель может управлять ими с минимальными потерями.

Применялись магнитные усилители и в бытовой технике. Где-то в 1965 году был начат выпуск радиолы «Гамма-М». Особенностью этой радиолы была встроенная цветомузыкальная приставка.

Для управления гирляндами лампочек там использовались магнитные усилители. Радиола ламповая, транзисторы использовались только в схеме цветомузыкальной приставки. Описание радиолы есть в журнале «Радио», №2 за 1966 год.

Там же приведены и принципиальные схемы.

Внешне дроссели магнитного усилителя выглядели так, на фото они справа, три одинаковых:

С радиолой «Гамма-М» связан интересный факт – она появляется в кадрах знаменитого фильма «Бриллиантовая рука». Радиола находится в каюте капитана. Это из серии «Магнитные усилители в кинематографе».

Где в радиолюбительской практике можно применить магнитный усилитель? Конечно, раз до этого обходились без него, можно обходиться и дальше. Но было бы весело продемонстрировать довольно редкую на сегодняшний день технологию. Не знаю, например, можно попробовать заставить магнитный усилитель работать в паяльной станции. Взять электронный трансформатор (какой-нибудь Taschibra), запитать от него паяльник переменным напряжением через насыщающийся дроссель, а с помощью небольшого управляющего тока управлять нагревом. Можно быть уверенным – такой модной паяльной станции нет больше ни у кого 🙂

Магнитный усилитель | Сфера применения, характеристики, принцип работы, схемы и формулы расчетов – на промышленном портале Myfta.Ru

Магнитный усилитель мощности представляет собой статический прибор, назначение которого, используя слабый постоянный ток, менять величину переменного тока. На практике это находит применение в управлении силовым электроприводом разнообразных механизмов, в том числе в строительной технике, на транспорте, в горной и металлургической промышленности. Также их используют при создании бытовых стабилизаторов переменного тока, в конструкциях регуляторов освещения киноконцертных залов. Диапазон их использования очень широкий.

представляет собой статический прибор, назначение которого, используя слабый постоянный ток, менять величину переменного тока. На практике это находит применение в управлении силовым электроприводом разнообразных механизмов, в том числе в строительной технике, на транспорте, в горной и металлургической промышленности. Также их используют при создании бытовых стабилизаторов переменного тока, в конструкциях регуляторов освещения киноконцертных залов. Диапазон их использования очень широкий.

Вот один из образцов таких приборов, ТУМ-В1-24-14У3 , что означает Тороидальный Усилитель Магнитный, (В) — ?, 1 го габарита. Цифрами далее определяется количество и типы рабочих обмоток и обмоток управления.

Принцип работы магнитного усилителя построен на нелинейности характеристик при намагничивании магнитопровода. В конструкции магнитных усилителей предусмотрено три стержня, где на крайних находятся, в качестве рабочей обмотки, две катушки последовательно соединены между собой, а на средний стержень насажена обмотка управления, имеющая гораздо большее количество витков по сравнению с рабочей обмоткой.

При отсутствии подачи тока на обмотку управления, при том, что рабочая обмотка, соединенная последовательно с нагрузкой, находится под переменным напряжением, магнитопровод не насыщается, а напряжение падает за счет реактивного сопротивления рабочих обмоток. Нагрузка в этом случае дополнительной мощности не получает.

В случае подачи на обмотку управления ток, даже небольшой силы, в следствии большого количества витков обмотки управления в магнитопроводе возникает насыщение. Это ведет к резкому уменьшению реактивного сопротивления рабочей обмотки и увеличению силы тока в рабочей цепи. Так, посылая малые сигналы в обмотку управления, можно контролировать значительные величины мощности в рабочей цепи, в которой находится магнитный усилитель мощности.

Получив широкое признание по применению в самых разных отраслях науки и техники, магнитные усилители имеют самые разные модификации схем и конструкции, отличающиеся по видам нагрузочных характеристик, способам выполнения обратной связи, количеством и формой сердечников, видам усиливаемых сигналов, системам смещения, режимам работы. Выбирать тип магнитного усилителя необходимо так, чтобы он обладал требуемыми коэффициентами усиления, частотами усиливаемых колебаний, соответствовал области применения.

Поле применения магнитных усилителей очень широкое, они применяются — от точных измерительных приборов до устройств, с помощью которых автоматически управляют мощными производственными механизмами, такими как прокатные станы, экскаваторы и т.п. Такому широкому применению магнитные усилители обязаны целому ряду преимуществ, к ним относятся длительный срок службы, высокая надежность, простота обслуживания, значительный коэффициент усиления.

Они отличаются:

низким порогом чувствительности к сигналам постоянного тока,
широким диапазоном усиления мощности,
постоянной готовностью к работе,
возможностью суммирования на входе нескольких управляющих сигналов,
значительной способностью выдерживать перегрузки,
пожаро- и взрывобезопасностью.

Магнитные усилители отличаются стабильностью характеристик во время эксплуатации.

Простейшую схему магнитного усилителя можно рассматривать в следующем виде:

~ U — напряжение переменного тока;

Rн — нагрузка;

W1 — количество первичных обмоток;

W2 — количество вторичных обмоток;

МС — ферромагнитные сердечники;

= U — напряжение постоянного тока;

i1 — сила тока на выходе из первичной обмотки;

i2 — сила тока на входе во вторичную обмотку (усиливаемый сигнал).

Здесь видно, что у простейшего магнитного усилителя имеется два замкнутых магнитопроводов, первичные обмотки на них W1 включены последовательно и находятся под переменным напряжением. Вторичные обмотки W2 тоже последовательно подключены, но навстречу друг другу, когда обмотки W2 замкнуты на небольшое сопротивление, то это не вызывает изменений силы тока i1 в первичных обмотках. Но когда на обмотки W2 подается постоянный ток, то нелинейный характер кривой намагничивания сердечников ведет к уменьшению динамической магнитной проницаемости с уменьшением индуктивности L1 на первичных обмотках с возрастанием тока в обмотках.

Устройство, изготовленное по схеме, изображенной выше (без сопротивления нагрузки RH), носит название — управляемый дроссель. Но его можно превратить в дроссельный магнитный усилитель, если последовательно к его обмоткам W1 подключить нагрузку RH, а на обмотку W2 вместо слабого постоянного тока подать сигнал постоянного либо усиливаемого, либо медленно уменьшаемого тока i2.

Коэффициент усиления по току Ki и коэффициент увеличения мощности Кр при расчете простейших магнитных усилителей определяются по формулам:

где Ry — сопротивление в обмотках W2, Δi1ср — прирост тока нагрузки, соответствующий приросту тока при сигнале Δi2, n1 и n2 — количество витков в первичных и вторичных обмотках.

Наряду с коэффициентом усиления по току магнитный усилитель характеризуют следующие параметры: коэффициент кратности тока, постоянная времени, добротность. Также учитываются показатели чувствительности, максимальной мощности в нагрузке, КПД рабочей цепи.

Так же к параметрам, характеризующим магнитный усилитель, относится коэффициент зависимости действующей или средней величины тока под нагрузкой от тока в цепи управления: Iн =f ( Iу)

Обозначим ток на холостом ходу усилителя Iо, а ток при максимальной нагрузке — I к. Допустим, что перед нами идеальный усилитель, тогда отсутствующий входной сигнал (I у = 0) приводит к нулевому показателю и выходного сигнала (I н = 0). Но на практике в цепях имеются погрешности. Поэтому, чтобы определить их роль в работе усилителя, введен коэффициент отношения величины максимального тока к величине тока холостого хода и дали ему название коэффициент кратности тока К = Iк / Iо. Этот параметр один из важных характеристик магнитного усилителя, чем выше этот коэффициент, тем качественнее усилитель.

Т — постоянная времени, ею характеризуется быстродействие усилителя, она определяется как отношение индуктивности к активному сопротивлению обмотки управления

Т= Ly/ R

Добротность — это универсальный параметр, он определяется с учитом коэффициентов усиления и быстродействия:

D = kP/T.

Расчет магнитных усилителей проводится по всем этим показателям

Магнитные усилители: принципы и их применение

В нашей повседневной жизни мы сталкиваемся с телевизорами, компьютерами, проигрывателями компакт-дисков и многими другими устройствами с динамиками, воспроизводящими звук для просмотра программ, фильмов, прослушивания музыки, новостей и т. Д. Со звуком. Звук этих устройств можно изменять для достижения хорошего слышимого звука в соответствии с требованиями слушателя. Этот звук можно увеличить или уменьшить с помощью электронного устройства, а именно усилителя.

Что такое усилитель?

Амплитуду формы сигнала можно увеличить с помощью электронного устройства, называемого усилителем.Потребляя энергию от источника питания, электронный усилитель увеличивает мощность сигнала для управления формой выходного сигнала, который указывает идентичный входной сигнал, но выходной сигнал будет с большей амплитудой по сравнению с входным. Общий символ усилителя показан на рисунке ниже.

Символ усилителя

По мере того, как амплитуда формы волны усиливается (изменяется или увеличивается), эти электронные устройства, выполняющие этот процесс усиления, называются усилителями.Классификация усилителей основана на различных критериях, таких как размер сигнала, конфигурация схемы, работа и т. Д. Существуют различные типы усилителей, включая усилители напряжения, операционные усилители, усилители тока, усилители мощности, RC-усилители, вакуум ламповые усилители, магнитные усилители и тд.

Магнитный усилитель

Электромагнитное устройство, используемое для усиления электрических сигналов, которое использует принцип магнитного насыщения сердечника и определенный класс нелинейных свойств сердечника трансформатора, называется Магнитным усилителем.Он изобретен в начале 1885 года и в основном используется в театральном освещении. Он разработан с учетом базовой конструкции насыщаемого реактора и, следовательно, может использоваться в качестве насыщающегося реактора в электрическом оборудовании.

Магнитный усилитель

На рисунке выше усилитель состоит из двух сердечников с обмоткой управления и обмоткой переменного тока. Используя небольшой постоянный ток, подаваемый на обмотку управления, можно управлять большим количеством переменного тока в обмотках переменного тока, что приводит к усилению тока.

Две жилы соединены в противофазе для гашения переменного тока с большим магнитным потоком, генерируемого в обмотках управления.Магнитный усилитель может использоваться для преобразования, умножения, сдвига фазы, модуляции, увеличения, инвертирования, генерации импульсов и т. Д. Его можно просто назвать одним из типов регулирующего клапана, использующего индуктивный элемент в качестве переключателя управления.

Теория магнитного усилителя

Ранее в этой статье мы изучили, что он разработан на основе конструкции насыщаемого реактора, который состоит из основных частей, таких как источник постоянного тока, магнитный сердечник (с обмотками) и источник переменного тока. Насыщаемый реактор работает по принципу: изменяя насыщение сердечника, можно изменять ток, протекающий через катушку, намотанную на магнитный сердечник.Путем насыщения магнитного сердечника ток может быть увеличен, а путем обесцвечивания магнитного сердечника ток нагрузки может быть уменьшен.

В период с 1947 по 1957 год он в основном использовался для низкочастотных приложений и в приложениях управления мощностью. Но после создания усилителей на основе транзисторов их использование в значительной степени сокращается, но все же они используются в сочетании с транзисторами для некоторых чрезвычайно требовательных и высоконадежных приложений.

Принципы работы цепей магнитных усилителей

Они делятся на два типа: полуволновые и полноволновые магнитные усилители.

Полуволновой магнитный усилитель

Каждый раз, когда на управляющую обмотку подается постоянный ток, в железном сердечнике создается магнитный поток. С увеличением этого генерируемого магнитного потока сопротивление выходной обмотки будет уменьшаться, затем ток, протекающий от источника переменного тока через выходную обмотку и нагрузку, будет увеличиваться.Здесь он использует только половину цикла питания переменного тока; следовательно, он называется полуволновой схемой.

Полуволновой магнитный усилитель

В точке насыщения сердечника, при которой автомобиль имеет максимальный поток, который он может удерживать, поскольку поток максимален, импеданс выходной обмотки будет очень низким, что приведет к протеканию очень высокого тока через нагрузка.

Аналогично, если ток через обмотку управления равен нулю, то полное сопротивление выходной обмотки будет очень высоким, и ток через нагрузку или выходную обмотку не будет протекать.

Следовательно, из приведенных выше утверждений мы можем сказать, что, контролируя ток через управляющую обмотку, можно управлять импедансом выходной обмотки таким образом, чтобы мы могли непрерывно изменять ток через нагрузку.

Диод, подключенный к выходной обмотке, как показано на приведенном выше рисунке, действует как выпрямитель, используемый для постоянного изменения полярности источника переменного тока с целью компенсации потока управляющей обмотки.

Чтобы избежать гашения, направление тока через вторичную обмотку можно изменить, чтобы усилить два потока друг друга, создаваемые обмоткой управления и выходной обмоткой.

Двухполупериодный магнитный усилитель

Он почти аналогичен приведенной выше схеме полуволнового усилителя, но в нем используются оба полупериода питания переменного тока, поэтому он называется двухполупериодной схемой. Из-за намотки двух половин выходной обмотки направление магнитного потока, создаваемого этими двумя половинами в центральном плече, совпадает с направлением потока управляющей обмотки.

Двухполупериодный магнитный усилитель

Несмотря на то, что управляющее напряжение отсутствует, в магнитопроводе будет присутствовать некоторый поток, следовательно, импеданс выходной обмотки никогда не достигнет своего максимального значения, а ток через нагрузку никогда не достигнет минимального значения.Работой усилителя можно управлять с помощью обмотки смещения. В случае ламповых усилителей определенная часть его характеристической кривой может управляться лампой.

Многие из магнитных усилителей будут иметь дополнительную управляющую обмотку, которая используется для отвода тока выходной цепи и подачи его в качестве тока управления с обратной связью. Следовательно, эта обмотка используется для обратной связи.

Применения магнитного усилителя

Обычно они используются в радиосвязи для переключения цепей высокочастотных генераторов переменного тока.
Может использоваться для регулирования скорости генераторов Alexanderson.
Небольшие усилители можно использовать для настройки индикаторов, контроля скорости малых двигателей, зарядных устройств.
Он используется в качестве переключающего компонента в источниках питания (в импульсных источниках питания).
До преобразователей тока на эффекте Холла для обнаружения пробуксовки колес локомотивы использовали эти усилители.
Они находятся в HVDC для измерения высоких напряжений постоянного тока без прямого подключения к высоким напряжениям.
Благодаря преимуществу этих усилителей, заключающемуся в управлении большими токами с помощью малых токов, они используются для схем освещения, таких как сценическое освещение.
Может использоваться в аппаратах дуговой сварки.
В мэйнфреймах 1950-х годов он использовался как переключающий элемент.
В 1960-х они обычно использовались в системах выработки электроэнергии.

Развитие технологий сократило использование этих усилителей в большей степени, но они по-прежнему используются в некоторых специальных приложениях и наборах для электронных проектов.Знаете ли вы какое-либо применение усилителя, особенно в котором эти типы усилителей все еще используются? Тогда, пожалуйста, опубликуйте свои идеи, комментируя ниже.

Фото:

Что такое магнитный усилитель? (с рисунком)

Магнитный усилитель или магнитный усилитель — это тип электронного преобразователя. Магнитный усилитель использует взаимодействие электрических токов, называемое электромагнетизмом, для усиления электрических сигналов, не требуя каких-либо движущихся частей. Эта разновидность усилителя мощности была популярной заменой вакуумных ламп и отличается высокой надежностью в суровых условиях. Базовые магнитные усилители были построены еще в 1800-х годах, но только в 20-м веке эти устройства получили широкое распространение.

Ламповые усилители, которые обычно производят более громкие звуки, чем твердотельные усилители, широко использовались музыкантами до 1970-х годов.

Во время Второй мировой войны США и Германия разработали надежные магнитные усилители для военных целей.В 1940-х и 1950-х годах магнитные усилители заменили многие усилители на электронных лампах, которые выполняли ту же общую функцию, но были более хрупкими. В то время как современные транзисторы сейчас являются основным методом усиления мощности, магнитные усилители все еще используются в устройствах, которые должны быть устойчивы к суровым условиям.

Магнитный усилитель генерирует значительный радиочастотный (RF) сигнал, когда он активирован.Эта функция может использоваться для отправки элементарных радиосообщений. Путем включения и выключения усилителя можно управлять радиочастотным сигналом и принимать его на расстоянии. По этой причине первые пионеры радиосвязи экспериментировали с использованием больших магнитных усилителей для передачи сообщений азбуки Морзе через океаны.

В магнитных усилителях

используются две дублированные катушки провода, каждая из которых намотана на магнитный сердечник.Для работы усилителя на одну из катушек подается электричество переменного тока. Схема, принимающая усиление, называемая «нагрузкой», подключена ко второй катушке. При подаче питания на первую катушку создается электромагнитное поле, которое также индуцирует заряд в нагрузке.

Эта установка позволяет управлять электрической нагрузкой без необходимости физического подключения или механического переключателя.Магнитные усилители обычно имеют долгий срок службы, так как нет движущихся частей, которые могут изнашиваться. По той же причине магнитные усилители устойчивы к вибрации и ударам и могут использоваться в суровых условиях. Из-за этих преимуществ в таком оборудовании, как сварочные аппараты и промышленные источники питания, иногда используется магнитный усилитель.

Однако у магнитного усилителя есть некоторые недостатки.Размер — одна проблема. Современные транзисторы могут выполнять ту же функцию, что и магнитные усилители, при этом занимая значительно меньше места. Магнитные усилители также не так эффективны, как современные твердотельные транзисторы, которые могут управлять цепями с очень небольшими потерями мощности. Усилительная способность или коэффициент усиления магнитного усилителя относительно невелика по сравнению с более новыми твердотельными усилителями.

.Магнитный усилитель

| Статья о магнитном усилителе от The Free Dictionary

усилитель электрических сигналов, основанный на использовании нелинейной зависимости, присущей ферромагнитным материалам, между магнитной индукцией B и напряженностью магнитного поля H . Элементами управления в магнитных усилителях являются катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками, в которых действуют два переменных магнитных поля; один изменяется с частотой источника питания, а другой — с частотой усиливаемого сигнала.

Простейший магнитный усилитель состоит из двух замкнутых магнитопроводов с обмотками Вт ₁ , которые соединены последовательно и питаются от источника переменного напряжения ~ U (см. Рисунок 1). Вторичные обмотки W ₂ соединены последовательно и противоположно друг другу, так что замыкание обмоток W ₂ через небольшое сопротивление не приводит к изменению силы тока i ₁ в первичные обмотки.Если через обмотки пропускают постоянный ток Вт ₂ ., То из-за нелинейного характера кривой намагничивания сердечников динамическая магнитная проницаемость и, соответственно, индуктивность L ₁ первичных обмоток уменьшаются, тем самым увеличивая в них ток. Схема, подобная показанной на рисунке 1 (без сопротивления нагрузки R _L ), называется управляемой дроссельной катушкой, которая становится усилителем, если R _L соединены последовательно с ее ветром.

Рисунок 1 .Схема простейшего магнитного усилителя: (~ U) переменное напряжение, (R _L ) сопротивление нагрузки, ( Вт ₁ первичные обмотки, ( Вт ₂ ) вторичные обмотки, (MC ) ) магнитные сердечники, ( = U ) постоянное напряжение, (i ₁) ток в первичных обмотках, (i ₂) ток в первичных обмотках, (i ₂) ток во вторичных обмотках (одиночный усиливается)

ings W ₁ и если подается ток сигнала i ₂ , постоянный или медленно меняющийся (по сравнению со скоростью изменения напряжения источника питания ~ U), а не постоянный ток к обмотке Вт ₂ .

Магнитный усилитель в основном отличается от ламповых и транзисторных усилителей тем, что управляющий сигнал изменяет индуктивность L ₁, которая идет последовательно с нагрузкой R _L , а не внутренним сопротивлением лампы или транзистор, что приводит к изменению тока нагрузки. По сути, это модулятор, в котором высокочастотный ток нагрузки модулируется по амплитуде усиленным низкочастотным сигналом. Для создания на выходе магнитного усилителя сигнала, имеющего ту же форму, что и усиленный сигнал, в цепь нагрузки добавляется выпрямитель, который действует как детектор.

Коэффициент усиления по току K _i и коэффициент усиления мощности K _p для простейших магнитных усилителей равны

, где R _a — эффективное сопротивление обмоток W ₂ , Δi _1av — приращение тока нагрузки, соответствующее приросту тока сигнала Δi ₂, а n ₁ и n ₂ — количество витков в первичная и вторичная обмотки соответственно.Магнитные усилители имеют относительно большую инерцию по сравнению с ламповыми и транзисторными усилителями, что в основном связано с задержкой изменения тока i ₂ через обмотку управления относительно изменения напряжения, подаваемого на вход магнитного поля. усилитель звука. Следовательно, они используются в основном для усиления постоянного или медленно меняющегося сигнала. Инерция может быть уменьшена (скорость отклика может быть увеличена) путем введения переходной обратной связи, увеличения количества каскадов усилителя, подключения дифференцирующей цепи к входу или путем шунтирования нагрузки с помощью емкости.Для расширения частотного диапазона усиливаемых колебаний в сторону более высоких частот желательно использование магнитных усилителей в сочетании с ламповыми, транзисторными и динамоэлектрическими усилителями.

Существуют сотни версий схем и конструкций магнитных усилителей с различными типами нагрузочных характеристик, методами обратной связи, количеством и формой сердечников, формами усиливаемых сигналов, системами смещения и режимами работы. Выбор типа магнитного усилителя зависит от требований к усилению, частоты усиливаемых колебаний и области применения.Магнитные усилители имеют широкий спектр применения, от высокоточных измерительных приборов до устройств автоматического управления мощными производственными машинами (прокатные станы, экскаваторы и т. Д.). Широкое использование таких усилителей обусловлено их преимуществами: длительный срок службы, высокая надежность, простота использования, существенное усиление, низкий порог чувствительности для сигналов постоянного тока (10 ~ ^-19-10 ^-17 Вт), широкий диапазон усиления мощности (от 10 ^-13-10 ^-6 ватт до десятков и даже сотен киловатт), постоянной готовности к работе, возможность суммирования нескольких управляющих сигналов на входе, значительная перегрузочная способность, пожаро- и взрывобезопасность , а также стабильность их характеристик при эксплуатации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Розенблат, М.А. Магнитные усилители , 3-е изд. М., 1960.
Розенблат, М.А. Магнитные элементы автоматизации и вычислитеВной техники . Москва, 1966.

Линейный магнитный усилитель и ЦАП

Изображение продукта	Наименование позиции —	Цена
	Линейный магнитный усилитель LM-508IA 300B 805 HIFI Интегрированный ламповый усилитель класса A Несимметричный Линейный магнитный LM-508IA Hifi 805 Интегрированный ламповый усилитель Совершенно новый 1. Черная панель, элегантный 2. Чистая ручная работа, целая часть сварки строительных лесов 3. После использования мощного одностороннего усилителя мощности типа 805 сделать один усилитель мощности 4.Внешняя регулировка тока 805 (BIAS ADJ.) И регулировка шума (HUM BALANCE) 5. Можно использовать трубки разных производителей, один и тот же тип лампы, слушать разную фонологию 6. Межкаскадный тон использует немецкий высококачественный конденсатор связи N-Cap 7 ….	$ 2,410,71 USD $ 1,975,99 USD Подробнее В наличии: 4
	Линейный магнитный усилитель LM-210IA, класс A 300B, интегрированный вакуумный ламповый усилитель 1. Восемь ватт на канал, односторонняя конструкция, интегрированный стереоусилитель класса A с выходными лампами 300B.2. Все лампы интегрированы с входными лампами 12AX7, драйверами 310A и выходными лампами 300B. 3. На задней панели расположены 4 пары входов и клемм для динамиков на 4, 8 или 16 Ом. 4. Один измеритель с двумя стрелками расположен в середине передней панели, что позволяет вам контролировать выходную мощность каждого канала. 5. Одна часть специально разработанной большой мощности EI …	$ 2,509,51 USD $ 1,975,99 USD Подробнее В наличии: 6
	Линейный магнитный LM-219IA 310A 300B 845, интегрированный усилитель, несимметричный усилитель мощности класса A Линейный магнитный аудиовход LM-219IA 310A 300B 845 интегрированный усилитель, несимметричный усилитель мощности класса A 100% Совершенно новый линейный магнитный LM-219IA — это интегрированный усилитель, это тоже усилитель мощности.(есть групповой вход усилителя мощности). Он поставляется с пультом дистанционного управления и крышкой отсека для трубки. Линейный магнитный аудио усилитель LM-219IA Характеристики: 1. Схема ручной сварки точка-точка 2. Две высококачественные специальные технологии и высококачественный и широкополосный звук EI-типа с односторонним выходом …	$ 4,594,51 USD $ 3,765,99 USD Подробнее На складе: 9
	Линейный магнитный LM-219IA PLUS Hi-end 300B 845 Ламповый несимметричный усилитель мощности класса A Линейный магнитный LM-219 PLUS — это модернизированная версия линейного магнитного LM-219! трубы модернизированы.Также обновленная версия оптимизации схемы, оптимизация трансформатора! Характеристики продукта: ● Чистый класс A, односторонняя конструкция. Двадцать четыре Вт на канал. ● Все лампы интегрированы с входными лампами 12AX7, двухступенчатыми драйверами 310A и 300B и 845 выходными лампами. ● Предусмотрены 4 пары входных разъемов, разъемы для динамиков на 4, 8, 16 Ом. ● Два элемента управления смещением пользователя …	$ 5,113,01 USD $ 4,025,99 USD Подробнее На складе: 10
	Line Magnetic LP-33 Фонокорректорный предусилитель MM / MC, трубка JJ ECC803s Поворотный усилитель Line Magnetic LP-33 Phono MM / MC stage предусилитель Характеристики: Использование высокопроницаемых никелевых и пермаллоевых корпусов EI-19 фонокорректор получает большое увеличение без помех. Принять мощность и усилитель, дискретную и многослойную конструкцию экранирования. Устранение помех между блоком питания и внешним беспорядочным электромагнитным полем на усилителе. Используйте 3 электронных лампы JJ ECC803s для усиления звука…	$ 1,249.99 USD $ 999.99 USD Подробнее На складе: 8
	Line Magnetic LM-215CD CD-проигрыватель с вакуумной трубкой Цифровой проигрыватель Hifi 1. Использование высококачественного источника питания трансформатора EI 2. Использование усовершенствованного механизма компакт-диска SANYO, быстрое считывание тарелки. Чип 4.Чип декодирования с использованием BB компании имеет лихорадку Американский высококлассный чип PCM1792 5. Использование I / V преобразования Американская компания BB старший операционный усилитель OPA2604 6.Вывод с использованием электронной лампы 12AU7 7. Функция инфракрасного дистанционного управления 8. Семь цифровых светодиодов в качестве информационного дисплея 9. Группа аналоговых выходных сигналов RCA, цифровых оптических …	$ 683,19 USD $ 559,99 USD Подробнее На складе: 8
	Line Magnetic Audio LM-515 ламповый CD-плеер и USB-ЦАП XLR сбалансированный LM-515CD — это экономичный продукт, в котором для обеспечения надежности используется механизм Sony KSM-213C; Поворотный стол усилен панелью из коричневого стекла для поглощения ударов.Два высококачественных силовых трансформатора также экранированы для уменьшения помех. USB-вход использует зрелую микросхему асинхронной передачи XMOS; микросхема декодера использует ЦАП ESS 9016; в выходной лампе используются две антикварные лампы NOS 6K28. Для усиления выходного сигнала используется старинная лампа NOS, внешний вид похож на …	$ 1,607,49 USD $ 1,285,99 USD Подробнее На складе: 10
	Линейный магнитный LM-211IA Hifi EL34 * 4 Интегрированный ламповый усилитель Сделано вручную, вся машина со сваркой строительных лесов Два высококачественных широкополосных высококачественных выходных трансформатора EI Используйте силовой трансформатор типа EI, разработанный специально для этого устройства Предварительно -этапное использование 12AX7 и 12AU7 двух вакуумных ламп. Пост-каскад использует четыре вакуумные лампы EL34 для двухтактного усиления мощности класса AB1. Обеспечивает транзисторный и сверхлинейный выбор.Работа транзистора, звук мягкий, чистый и плавный, подходит для прослушивания вокала, струнных и других видов музыки; …	$ 807.49 USD $ 645.99 USD Подробнее На складе: 10
	Line Magnetic LM-217IA Интегрированные вакуумные ламповые усилители Hifi 1. Конструкция, выполненная вручную, с тончайшей двухточечной проводкой. 2. Специально разработанный трансформатор EI для источника питания. 3. Применяются два выходных трансформатора EI с широкой полосой пропускания.4. В каскаде предусилителя используются два 12AX7 и 12AU7. Лампы 5.300B используются для несимметричного усилителя мощности класса А. 6. Обеспечьте функцию выбора триода и суперлинейного. Триод, голос мягкий, чистый и плавный, подходит для вокала, струнных и других типов музыки; 7.Триодный и ультралинейный выбор ….	$ 1,273.99 USD $ 979.99 USD Подробнее На складе: 10
	Линейный магнитный усилитель LM-218IA класса A 845 с вакуумной трубкой 1.Двадцать две Вт на канал, конструкция с несимметричным триодом, интегрированный стереоусилитель Pure Class A с 845 лампами выходной мощности. 2. Все триодные трубки интегрированы с входными трубками 12AX7 для напряжения