6. ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В МУ

В настоящее время во многих электротехнических устройствах широко применяются обратные связи. Обратная связь - это такая связь, прн которой воздействие от последующих звеньев системы передается какому-либо нз ее предшествующих звеньев. Различают положительные и отрицательные обратные связи. При положительной обратной связи увеличение значения какой-либо величины на выходе последующего звена приводит к увеличению результирующего воздействия на входе предшествующего звена. При отрицательной обратной связи повышение выходной величины приводит к уменьшению результирующего воздействия иа входе. Обратные связи именуются по роду той величины, в зависимости от изменения которой они оказывают воздействие на вход предшествующего звена. Так, существуют обратные связи по току, напряжению, скорости, ускорению и др.

Обратные связи дают возможность изменять свойств1а и характеристики устройства в желаемом направлении. В магнитных усилителях обратные связи служат, в частности, для увеличения коэффициентов усиления.

В MaiHHiHbix усилителях различают внешнюю и внутреннюю обратные связи. Внешняя обратиаи связь осуществляется в большинстве случаев с помощью специальной обмотки обратной связи.

На рис. 6.45 приведена схема My с внешней обратной связью по току, в которой постоянный по направлению ток i об-

Рис. 6.45. Схема МУ с внешней обратной связью и с выходом иа переменном токе

Рис. 6.46. К построению характеристики управления МУ с внешней обратной связью

мотки обратной связи ОС равен по абсолютному значению изменяющемуся по направлению току i приемника.

Магнитный усилитель показан на рис. 6.45 в виде его условного изображения. Здесь, как и в дальнейшем, будем считать, что все обмотки намотаны в одном направлении, а их начала обозначены точками.

Обмоткн обратной связи ОС должны быть включены подобно обмоткам управления ОУ, т, е. встречно. Ддя изменений интенсивности действия обратной связи можно шунтировать обмотки ОС резистором.

Еслн приемник рассчитан на питание постоянным током, его следует включить за выпрямительным мостом, непосредственно в цепь обмоток ОС.

Если имеется характеристика управления /р (/,) МУ без обратной связи (рнс. 6.46), то нетрудно построить характеристику управления lp [Ц) МУ с обратной связью.

Действительно, дня любого тока Ip МУ без обратной связи можно- написать

. (6.49)

где Fn с - МДС, создаваемая постоянным током.

Для получения того же тока 1 усилителя с обратной связью необходимо иметь такую же МДС постоянного тока. Но в этом случае она создается двумя обмотками:

fn.c-;v, + /Wo,.. (6.50>

Приравнивая правые части (6.49) и (6.50) и решая относительно 1у, получим

i; = Iy- Icp-o.jwy. (6.51)

Расчет характеристики 1ср (1) можно произвести в следующем порядке. Задаемся током /р и по характеристике /ср(у) находим ток [у. Зная /ср и /у. по формуле (6.51) подсчитываем ток /.соответствующий току /ср. Характеристика Ip (ty) приведена на рис. 6.46.

Характеристика /р (/у) в отличие от характеристики /р (/у) несимметрична. В области 1у > О, соответствующей положи-теМтной обратной связи, угол наклона характеристики управления по отношению к оси абсцисс увеличивается, что приводит к йовышенню коэффициентов усиления МУ. В области /у < О, соответствующей отрицательной обратной связи, угол наклона характеристики и коэффициенты усиления уменьшаются. Можно так подобрать число витков w что участок аЬ характеристики /ср (/у) будет перпендикулярен оси абсцисс и коэффициенты усиления возрастут до бесконечности. Однако при этом

9 Электротехника 257

Рис. 6.47. К гпяснению релейного режима работы МУ

МУ станет неуправляемым. Практически можно получить коэффициент усиления по мощности до нескольких тысяч.

При дальнейшем yBejm4e-нин числа витков МУ будет иметь характеристику /р (Ц), показанную на рис. 6.47, н будет работать в релейном режиме. Этот режим работы МУ характеризуется тем, что при плавном изменении тока управления происходит скачкообразное изменение тока приемника. В соответствии с характеристикой /..р {1у), изображенной на рнс. 6.47, скачкообразное изменеине тока приемника будет происходить в случае уменьшения тока управления при /Ji, а в случае его увеличения - при /j. Магнитные усилители, работающие в релейном режиме, находят применение в устройствах автоматики.

BriyrpeiniHH обратная связь осуществляется с помощью диодов, включаемых в цепи обмоток МУ прн их параллельном соединеши.

На рис. 6.48 приведена схема МУ с внутренней обратной связью и с выходом на переменном токе. Дополнив электрическую цепь рис. 6.48 еще двумя диодами, получим МУ с выходом на постоянном токе (см. рис. 6.50).

Диоды Л1 и Д2 (рис. 6.48) включены гак, что ток в каждой из рабочих обмоток может существовать лишь в различные полупериоды и может иметь только одно направление. Так, при i > О ток направлен от начала к концу левой рабочей обмоткн, прн (< О - от конца к началу правой обмотки. В результате этого появляются постоянные составляющие тока i рабочих обмоток (см. гл. 5), которыми и подмагничнваются магнитопроводы.

Существенным в работе МУ с внутренней обратной связью является их способность к самонасьнценню. Действительно, когда /у = О, магнитные потоки магнитопроводов могут изменяться лишь за счет токов рабочих обмоток. Если, например, ток I > О и уменьшается, то будет уменьшаться и магнитная индукция левого мапштопровода. Однако прн i = О мапштная индукция становится равной индукции остаточного намагничивания В, и далее уменьшаться не может. В случае применения ферромагнитных .материалов с прямоугольной петлей гистерезиса индукция остаточного намагничивания примерно равна

Рис, 6,48. Схема МУ с внутренней обратной связью

Рис. 6.49. Характеристика управления МУ с внутренней обратной связью

индукции насыщения: В, л В. Следовательно, магнитопроводы МУ окаэываю1ся насыщенными за счет тока рабочих обмоток, несмотря на то. что = 0. Благодаря указанному свойству МУ с внутренней обратной связью называют часто усилителями с само насыщением.

Насышетшому состоянию магнитопроводов прн lyO соответствуют наибольшие значения тока, напряжения и мощности приемника. Для уменьшения степени насьпцения сердечников необходимо пропускать по обмоткам управления размагничивающий ток 1у < 0. Характеристика управления МУ с внутренней обратной связью, магнитопроводы которого имеют идеализированную прямоугольную петлю гистерезиса, приведена на рнс. 6.49.

Минимальный ток рабочей цепи /р, ; и ток управления 1 существенно зависят от коэрцитивной силы Н динамической петли гистерезиса.

Коэрцитивная сила Н у материалов с прямоутольной петлей гнстерезнса невелика, поэтому токи /< , и 1у, весьма малы Коэффициент усиления по мощности МУ с внутренней обратной связью доходит до нескольких тысяч.

Следует обратить внимание на то, что угол наклона рабочей части аЪ характеристики 1 [Iy) МУ с внутренней обратной связью и, следоваге.1ьно, ею коэффициен1ы усиления в сильной степени зависят от вида динамического цикла гистерезиса и обратных сопротивлений диодов. В частности, отличие цикла гистерезиса от прямоугольного или примененНе диодов с 0Т1Ю-снтельно небольшим обратным сопротивлением приводит к тому, что полное насыщение сердечников наступает не при /,. = 0. а при некоюрОм значении > 0.

9* 259

6J4. СМЕЩЕНИЕ В МУ

В некоторых случаях оказывается необходимым сместить характеристику управления 1 (ly) МУ вдоль осн абсцисс, чтобы получить требуемые значения токов рабочей цепи при заданных значениях токов управления. Например, иногда бывает необходимо у МУ с внутренней обратной связью иметь минимальный ток /р при = О или у МУ с релейной характеристикой получить скачкообразные изменения тока рабочей цепи прн иных токах управления, чел на рис. 6.47.

Рис. 6.50. Схема МУ с вну-тренней обратной связью и обмоткой i

рис. 6.51. К построению характеристики управления МУ с внутренней обратной связью и обмоткой смещения

Для смещения характеристики управления вдоль оси абсцисс используют специальные обмотки смещения ОСМ, питаемые постоянным током. Схема магнитного усилителя с внутренней обратной связью, выходом на постоянном токе и обмоткой смещения приведена на рис. 6..50.

Еслн имеется характеристика /ф(/у) МУ без смещения (рис 6.51), то легко построить характеристику 1ср{1у) МУ со смешением, пользуясь следующей формулой, аналогичной формуле (6.51):

Ц = 1у- /смсм/у.

(6.52)

Очевидно, при /см > О характеристика /ср(/у) сместится относительно характеристики /ср(/у) влево на Асмш/у (рие. 651), при 1 < <0 - вправо.

6.25. ПОНЯТИЕ О ДВУХТАКТНЫХ И ТРЕХФАЗНЫХ МУ

Существует много вариантов конструктивного исполнения и схем включения МУ. Так, ино1 да возникает необходимость в том, чтобы изменение направления тока /у сопровождалось изменением направления тока приемника постоянного тока либо изменением на 180 фазы тока приемника переменного тока. В этих случаях применяют так называемые двухтактные или реверсивные МУ.

С помощью двухтактного МУ можно получить характеристику управления, изображенную на рис. 6.52. При этом отрицательное значение тока /ср прн /у < О означает изменение на 180° фазы тока приемника в случае МУ с выходом на переменном токе (рис. 6.53) и изменение направлеиня тока приемника в случае МУ с выходом на постоянном токе.

Двухтактные МУ получают путем соответствующего соединения однотактных усилителей. Одна из схем двухтактных МУ приведена на рис. 6.53.

Для повышения коэффициента усиления в цепи двухтактного МУ применена внутренняя обратная связь. Обмотки смещения позволяют получить (при неидеитичности характеристик управления однотактных

Рис. 6.53. Схе; МУ

двухтактного

Рис. 6.52. Характеристика управления двухтактного МУ

Рис. 6.54 Схема расположения сердечников и обмоюк ipex-фазиого МУ:

2 и II, 4 и 9, 5 а 8 - магнитопроводы трех фаз; / и 12, ? к (О, й и 7 -рабочие обмотки трех фаз; 13 - обмотка управления