Принцип действия простейшего магнитного усилителя

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.