Магнитный усилитель (МУ) — это электрический аппарат, предназначенный для усиления электрического сигнала по току, напряжению или мощности. В схеме простейшего дроссельного МУ (ДМУ), называемого дросселем насыщения (рис.5.1), используется управляемое индуктивное сопротивление. Замкнутый магнитопровод изготавливается из материала с резко выраженной нелинейностью кривой намагничивания . Рабочая обмотка переменного тока включается в цепь нагрузки. В обмотку управления подается управляющий постоянный ток .
Кривая намагничивания материала магнитопровода приведена на рис. 5.2. При прохождении переменного тока по обмотке на обмотке наводится ЭДС. Эта ЭДС будет создавать переменный ток в цепи управления, для ограничения которого включается балластный дроссель.
При отсутствии
тока управления (цепь управления разомкнута) индуктивное сопротивление рабочей обмотки
,
где – индуктивность рабочей обмотки; – число витков рабочей обмотки; – активное сечение магнитопровода;
– средняя длина магнитной линии в магнитопроводе.
При неизменных ,, индуктивность определяется абсолютной магнитной проницаемостью . При магнитопровод характеризуется ненасыщенным состоянием (рис. 5.2, зона 1). В этом случае магнитная проницаемость велика и индуктивное сопротивление обмотки
максимально.
Обычно<<, поэтому ток в цепи рабочей обмотки определяется только значением и имеет минимальное значение, равное . Напряженность магнитного поля находится по индукции .
Подадим в обмотку управления такой постоянный ток управления , чтобы магнитопровод перешел в насыщенное состояние (рис. 5.2, зона 2) В области насыщения материал имеет магнитную проницаемость . Индуктивное сопротивление рабочей обмотки резко уменьшается. Значения и выбираются так, что<<. Тогда ток в цепи определяется только сопротивлением нагрузки. При этом все напряжение источника питания приложено к сопротивлению нагрузки и активному сопротивлению
рабочей обмотки
; .
Мы рассмотрели два крайних режима усилителя – режим холостого хода, когда и ток в нагрузке имеет минимальное значение , и режим максимального тока нагрузки. При плавном увеличении тока ток нагрузки плавно увеличивается от до максимального значения за счет уменьшения магнитной проницаемости . Характеристика управления ДМУ приведена на рис. 5.3. По оси абсцисс отложен ток управления, приведенный к рабочей обмотке . Идеальная характеристика управления 1 является прямой, идущей из начала координат под углом 45° к оси . Реальная характеристика 2 отличается от идеальной наличием тока холостого хода и плавным переходом от линейной части характеристики к току . В линейной зоне характеристики соблюдается равенство средних значений МДС
или .
Это равенство не зависит от колебаний питающего напряжения, сопротивления нагрузки и частоты источника. Данному значению тока управления всегда соответствует единственное значение тока нагрузки . Таким образом, ДМУ является управляемым источником тока.
Вследствие низких значений коэффициента усиления и большой массы ДМУ в настоящее время применяются редко, в основном как измерительные трансформаторы постоянного тока и напряжения.