Быстродействующий магнитный усилитель

Кроме рассмотренных усилителей с самоподмагничиванием, широкое рас­пространение в бесконтактной автоматике получили быстродействующие уси­лители. Они названы быстродействующими потому, что их время запаздывания фиксированно и составляет точно половину периода питающего напряжения.

Основной ячейкой всех схем быстродействующих магнитных усилителей является односердечниковая схема, изображенная  на рис. 5.9. Сердечник изготовляется из материалов с прямоугольной петлей намагничивания – пермаллоя разных марок. Эти материалы характеризуются большой остаточной индукцией, близкой к индукции насыщения. Поэтому сердечник, будучи пред­варительно насыщенным, сохраняет остаточный поток Ф_r и после снятия намаг­ничивающего тока. Это свойство сердечника используется в быстродействующих усилителях.

На сердечнике расположены рабо­чая обмотка и обмотка управления. Для простоты будем считать, что числа витков обеих обмоток одинаковы w_у=w_р=w. В цепь каждой обмотки включены источники переменной ЭДС e~ и вентили Д_y и Д_p. На­правление вентилей и полярность ЭДС выбраны так, что одну по­ловину периода может проводить только вентиль в цепи управления, а другую половину периода — только вентиль рабочей цепи. Кроме того, в цепь управления включен источник управляющей ЭДС e_y, причем встречно с e~.

Также выполняется условие e_y £ e~. Направление намотки рабочей и управляющей обмоток выбрано так, что ток рабочей цепи перемагничивает сердечник в одном направлении, а ток управления – в другом. Для подробного рассмотрения работы усилителя обратимся к диаграммам на   рис. 5.10.

Пусть в начальный момент времени в сердечнике был остаточный поток F_r. Под действием разности ЭДС (е~-е_y) сердечник будет перемагничиваться от точки 1 до точки 2 по кривой гистерезиса сердечника. Изменение потока за половину периода пропорционально заштрихованной площади на рис. 5.10 между кривыми е_~ и е_y и равно

.          (5.1)

В течение этого управляющего    полупериода в цепи управления протекает небольшой намагничивающий ток i_m.

Таким образом, к началу рабочего полу­периода сердечник оказывается полностью намагниченным. С наступлением рабочего полупериода сердечник начинает перемагничиваться в обратном направлении от точки 3 к точке 4. Но так как теперь к рабочей обмотке приложено только напряжение e_~, то полное перемагничивание до точки 4 заканчивается раньше конца рабочего полупериода. Длительность этого интер­вала, названного ранее интервалом возбуждения, обозначена a и может быть определена из уравнения

,

где DФ — изменение потока, определенное по формуле (5.1).

За интервалом возбуждения следует интервал насыщения, ког­да ток в рабочей цепи резко возра­стает до значения, ограниченного сопротивлением нагрузки.  Чем больше e_y, тем меньше DФ и со­ответствующий ему угол a и тем больше среднее значение тока на­грузки.

Из всего сказанного следует, что быстродействующий усилитель в рабочий полупериод работает так же, как и рассмотренный ранее усилитель с самоподмагничиванием. Особенностью же его является то, что сердечник к началу рабо­чего полупериода полностью на­магничивается в течение всего лишь одного управляющего полупериода, почему этот тип усилителя и назван быстродействующим с фиксированным временем запазды­вания.