Магнитные усилители с самоподмагничиванием (МУС)

МУС при равных условиях выгодно отличаются от дроссельных усилителей более высокими коэффициентами усиления и динамической добротностью.

Отличительная особенность МУС состоит в том, что подмагничивание постоянным магнитным полем в них осуществляется как за счет сигнала управления, так и за счет постоянной составляющей тока рабочих обмоток. Подмагничивание от рабочих обмоток происходит в результате последовательного включения с каждой из этих обмоток вентиля, обеспечивающего протекание в них однополупериодного выпрямленного тока. Так как подмагничивание имеет место и при отсутствии управляющего сигнала, подобные устройства получили название МУС.

Поскольку подмагничивание от рабочих обмоток пропорционально току нагрузки и ее действие эквивалентно работе обратной связи, МУС иногда называют МУ с внутренней обратной связью.

Свойство МУС самонасыщаться при отсутствии управляющего сигнала позволяет называть их также МУ с самонасыщением.

МУС представляет собой особый класс МУ, в которых осуществляется диодное разделение рабочих и управляющих интервалов. Физические процессы в них отличаются от процессов в ДМУ и предопределяются прежде всего характером динамического цикла перемагничивания сердечника за период питающего напряжения.

На рис. 2а приведена схема простейшего МУС на одном сердечнике с однополупериодным выходом. Индуктивность Lв цепь управления включена для того, чтобы погасить в ней ток трансформации от рабочей обмотке.

МУС с однополупериодным выходом находят весьма ограниченное применение, ток как ток в нагрузке такого усилителя протекает лишь в течение одного полупериода и всегда содержит постоянную составляющую, кроме того индуктивность L обуславливает значительную инерционность.

Как уже отмечалось, из-за ряда недостатков однополупериодные схемы МУС находят ограниченное применение. Эти недостатки легко устранить в двухполупериодных МУС, схемы которых приведены на рис. 2б-г. Схемы рис. 2б-г компонуются из двух одинаковых в магнитном и электрическом отношении типовых элементов, включенных на общую нагрузку R_Н. Балластную индуктивность L в данном случая включать в цепь управления не требуется.

Рабочие ω_р и управляющие ω_у обмотки необходимо включать таким образом, чтобы взаимное направление напряженностей в рабочие полупериоды от них в каждом из дросселей было одинаковым. Другими словами, напряженность от тока управления в обоих дросселях должна всегда оказывать на сердечники одинаковое воздействие - или их намагничивать, или, наоборот, размагничивать.

В соответствии с этим требованием на схемах произведена маркировка обмоток: начало обмоток отмечены точками. Первый полупериод питающего напряжения («+», «-» - без скобок) будет рабочим для дросселя Др₁, в то время, как для дросселя Др₂ он является управляющим. В последующий полупериод («+», «-») режим работы дросселей меняются местами. Таким образом, дроссели Др₁ и Др₂ рис. 2б работают на нагрузку поочередно с полупериодным сдвигом, обеспечивая протекание в ней двухполупериодного тока. В рабочих обмотках каждого дросселя при этом протекает однополупериодный ток.

По сравнению со схемой рис. 2а в двухполупериодных МУС в нагрузке удваивается.

В двухполупериодных схемах МУС отношение сопротивления нагрузки к общему активному сопротивлению рабочей цепи ( ) определяет коэффициент полезного действия усилителя. Вообще под КПД МУС принято понимать отношение мощности P_H выделяемой в нагрузке к активной мощности Р, потребляемой рабочей цепью от источника питания.

К статическим параметрам МУС относятся коэффициенты усиления: по току, напряжению, мощности, а также коэффициент кратности изменения нагрузочного тока, характеризующий регулировочную способность усилителя. Коэффициенты усиления МУС сравнительно легко определяются через конструктивные параметры усилителя и характеристику вход-выход, построенную в координатах U_H(I_y)при U_~=const, R_H=const.

Коэффициент усиления по току:

, где .

Коэффициент усиления по напряжению:

, здесь r_y - омическое сопротивление обмотки управления.

Коэффициент усиления по мощности:

.

Крутизну K_Rможно определить по кривой . Однако удобнее ее находить непосредственно по характеристике U_H(I_y), рассчитываемой обычно в ходе проектирования МУС (кратность изменения нагрузочного тока) определяется отношением тока нагрузки в режиме максимальной отдачи к току холостого хода:

.

Постоянная времени МУС определяется:

.