Как работает магнитный усилитель простыми словами

Магнитный усилитель — схема, принцип действия, особенности работы, устройство. Как устроен и работает.

Магнитный усилитель позволяет управлять переменным током, проходящим через него, путем пропускания небольшого управляющего постоянного тока через управляющую обмотку.

Принцип действия магнитного усилителя

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

[Индуктивность, Гн] = 1.257E-9 * [Магнитная проницаемость сердечника] * [Площадь сечения магнитопровода, кв. мм] * [количество витков]^2 / [Длина средней магнитной линии сердечника, мм]

Принцип действия магнитного усилителя основан на интересном свойстве ферромагнитных материалов. Этим материалам свойственно насыщение. Это означает, что в ненамагниченном состоянии магнитная проницаемость может быть несколько тысяч или несколько десятков тысяч (для трансформаторного железа). При такой высокой магнитной проницаемости индуктивность катушки, намотанной на сердечнике, будет большой. Большим будет и модуль сопротивления переменному току. Путь переменному току будет практически перекрыт. Магнитный усилитель закрыт.

Но все меняется, если достаточно сильно (до насыщения) намагнитить сердечник. При этом его магнитная проницаемость приблизится к единице. Индуктивность, а значит модуль сопротивления, уменьшится в тысячи или десятки тысяч раз. Магнитный усилитель откроется.

Рисунок иллюстрирует описанный процесс. Магнитная индукция, характеризующая интенсивность магнитного поля, отложена по вертикальной оси. Сначала она быстро нарастает при небольшом росте электрического тока. Потом происходит перелом графика. Индукция уже растет намного медленнее по отношению к силе тока. Когда магнитный усилитель закрыт, сила тока располагается между точками 1 — 2. Сила тока через открытый магнитный усилитель находится между точками 3 — 4.

На этом рисунке мы видим график тока через магнитный усилитель в его разных режимах. A1 — усилитель открыт. A2 — усилитель закрыт. A3 — промежуточное состояние. Мы видим, что в открытом или закрытом состоянии магнитный усилитель практически не искажает сигнал. Но вот в промежуточном состоянии искажения очень существенные. Кроме того в промежуточном состоянии достаточно высоки потери на перемагничивание сердечника. В таком режиме магнитный усилитель используется только, если нагрузка не чувствительна к искажению формы сигнала или происходит последующая фильтрация. Замечу, что искажения, вносимые магнитным усилителем, довольно безобидные. В выходном сигнале нет высших гармоник.

Устройство, схема

Типичный магнитный усилитель состоит из двух совершенно одинаковых дросселей с двумя обмотками, соединенных, как показано на схеме.

Силовые обмотки L2 и L3 соединены параллельно. Выводы 1 — 2 предназначены для подвода переменного тока, которым мы хотим управлять. Они включаются последовательно с нагрузкой. Управляющие обмотки соединены последовательно навстречу друг другу, чтобы напряжение на одной равнялось минус напряжению на другой.

Очень важно, чтобы дроссели были максимально идентичными. Напряжение на обмотке L1, наводимое с обмотки L2, должно быть в точности равно напряжению на обмотке L4, наводимому с обмотки L3. Тогда на выводах 3 — 4 вообще не будет напряжения, что необходимо для правильной работы устройства.

Возможным вариантом является намотка обоих дросселей на одном Ш — образном сердечнике.

Здесь обмотка L1 подмагничивает оба дросселя. В обмотке L4 нет необходимости. Ниже мы рассчитаем количество витков для управляющих обмоток. Число витков обмотки L1 во втором исполнении равно числу витков обмотки L1 в первом исполнении. Может показаться, что второе исполнение экономит медь, ведь не нужно мотать вторую управляющую обмотку. Но на самом деле. Длина витка L1 во втором исполнении значительно больше, чем в первом. Экономия меди есть, но не очень большая.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Здравствуйте. Измерение постоянного тока. Токовые клещи Вы пробовали делать или это теоретические разработки? Если делали можно рабочую схему с данными. Хотелось ее сделать. Читать ответ.

Тиристорное переключение нагрузки, коммутация (включение / выключение).
Применение тиристоров в качестве реле (переключателей) напряжения переменного то.

Пушпульный импульсный преобразователь напряжения, источник питания. Вы.
Как выбрать частоту работы контроллера и скважность для пуш-пульного преобразова.

Трансформатор розжига, поджига. Запальный блок. Искра, искровой разряд.
Схема самодельного трансформатора розжига, источника искр для горелки и не тольк.

Обратноходовый импульсный преобразователь напряжения. Силовой ключ — б.
Как сконструировать обратноходовый импульсный источник питания. Как выбрать мощн.

§72. Магнитные усилители

Магнитным усилителем называют электромагнитный аппарат, служащий для плавного регулирования переменного тока, поступающего к нагрузке, путем изменения индуктивного сопротивления X_L катушки с ферромагнитным сердечником, включенной последовательно с нагрузкой. Принцип действия магнитного усилителя основан на изменении индуктивности катушки с ферромагнитным сердечником при подмагничивании ее постоянным током. С помощью такого аппарата можно регулировать большие токи посредством сравнительно слабых электрических сигналов. Магнитные усилители широко применяют на тепловозах для автоматического регулирования возбуждения главного генератора и на э. п. с. для регулирования напряжения источника служебного тока при зарядке аккумуляторных батарей, в стабилизаторах напряжения и для других целей. Существуют магнитные усилители с насыщающимися реакторами и с самонасыщением (с самопод-магничиванием).

Магнитные усилители с насыщающимися реакторами. В таком магнитном усилителе используют два насыщающихся реактора L1 и L2 (рис. 235, а). Каждый из них выполнен в виде катушки 1 (рабочей обмотки) с ферромагнитным сердечником 3 и подмагничивающей обмоткой 2, по которой проходит постоянный ток (ток управления I_v).

Рабочие обмотки 1 реакторов L1 и L2 включают согласованно, чтобы переменные э. д. с. е_L1 и е_L2, индуцированные в них, складывались, а обмотки управления 2 включают встречно, чтобы э. д. с. e_y1 и e_y2, индуцированные в них, были направлены навстречу друг другу и взаимно уничтожались.

Входом магнитного усилителя, на который подается управляющий сигнал U_у, являются зажимы а и b обмоток управления обоих реакторов. Выходом усилителя служат точки с и d, к которым подключают нагрузку R_н. Если нагрузка питается переменным током, то она включается последовательно с рабочими обмотками реакторов L1 и L2. Такой магнитный усилитель называют усилителем с выходом на переменном токе. Если нагрузка Rн рассчитана на питание постоянным током, то ее включают через выпрямитель В (рис. 235,б). Магнитный усилитель в этом случае называют усилителем с выходом на постоянном токе.

Источником питания магнитного усилителя служит сеть переменного тока или трансформатор, подключенный к питающей сети (когда напряжение питания отличается от напряжения сети).

Магнитный усилитель обладает способностью усиливать электрические сигналы. Это объясняется тем, что мощность, потребляемая обмоткой управления и расходуемая на ее нагрев, во много раз меньше мощности, передаваемой нагрузке R_н. Поэтому, затрачивая малую мощность в обмотке управления, можно регулировать значительно большую мощность, поступающую к нагрузке R_н. При работе усилителя не происходит какого-либо нарушения закона сохранения энергии. В данном случае передача мощности нагрузке производится не от цепи управления, а от источника

Рис. 235. Схемы магнитных усилителей с насыщающимися реакторами с выходом на переменном (а) и постоянном (б) токе

питания переменного тока. Управляющий сигнал Uy постоянного тока позволяет лишь изменять значение этой мощности.

Магнитный усилитель работает следующим образом. Когда на вход усилителя не подается управляющий сигнал (напряжение на входе усилителя U_у и ток управления I_у равны нулю), сердечники реакторов не насыщены и рабочие обмотки 1 имеют большое индуктивное сопротивление. Поэтому ток в цепи нагрузки будет мал. Его называют начальным, или током холостого хода усилителя. Напряжение на нагрузке U_н (выходное напряжение) будет также мало, так как большая часть напряжения питания U теряется в виде падения напряжения IX_L в рабочих обмотках. Следовательно, будет мала и мощность, поступающая к нагрузке от источника питания.

При подаче в обмотки управления 2 тока управления I_у сердечники реакторов подмагничиваются и индуктивное сопротивление X_L рабочих обмоток 1 уменьшается. При этом растут ток в цепи нагрузки и поступающая к ней мощность.

Для магнитного усилителя справедливо такое же уравнение магнитодвижущих сил, что и для трансформатора:

F_p = I?_p — м. д. с. рабочей обмотки;
F_y = I_y?_y — м. д. с. обмотки управления;
?_p, ?_y— число витков рабочей обмотки и обмотки управления.

Отсюда получаем зависимость тока I в цепи рабочих обмоток от тока управления I_у:

Приведенное соотношение справедливо только до тех пор, пока ток I_у не достигает значения I_{y max}, при котором сердечники реакторов будут насыщены в течение всего периода изменения питающего напряжения u. В этом случае индуктивное сопротивление рабочих обмоток станет равным нулю и магнитный усилитель теряет свои управляющие свойства.

Зависимость тока 1 в цепи рабочих обмоток от тока управления I_у при постоянном напряжении U источника питания называется характеристикой управления магнитного усилителя. Характеристика управления для идеализированного магнитного усилителя (рис. 236, а), построенная по формуле (79), симметрична относительно оси тока I, так как при изменении направления под-магничивающего тока I_у электромагнитные процессы в усилителе не изменяются.

У реального магнитного усилителя при I_у = 0 существует небольшой ток холостого хода I₀ (усилитель имеет некоторое конечное индуктивное сопротивление X_L) и характеристика управления (рис. 236, б) не имеет резкого перелома в точке, соответствующей I_{у max}.

Рис. 236. Характеристики управления идеализированного (а) и реального (б) магнитного усилителя

Рис. 237. Характеристики управления при наличии обмотки смещения (а) и положительной обратной связи (б)

Крутизна характеристики управления определяет коэффициенты усиления по току к_i, и по мощности к_р. Коэффициент усиления по току представляет собой отношение тока I в цепи нагрузки к току I_y в цепи управления, коэффициент усиления по мощности — отношение мощности Р_н, передаваемой нагрузке, к мощности Р_у, потребляемой обмоткой управления.

Для того чтобы ток холостого хода был по возможности мал, а рабочие участки характеристики имели большую крутизну с целью увеличения коэффициентов усиления по току и по мощности, магнитную систему реакторов L1 и L2 выполняют на тороидальных сердечниках из пермаллоя. Часто применяют сердечники, навитые из холоднокатаной стальной ленты, так же как и в трансформаторах малой мощности. Усилители большой мощности изготовляют из листовой электротехнической стали на П- или Ш-образных сердечниках. Сердечники собирают весьма тщательно. Воздушные зазоры в стыках пластин должны быть по возможности малы. При возникновении зазоров свойства усилителя ухудшаются, так как его индуктивное сопротивление меньше зависит от тока управления. Следовательно, характеристика усилителя становится более пологой — уменьшаются коэффициенты усиления по току к по мощности. Современные магнитные усилители позволяют получать коэффициенты усиления k_i ?100 и k_p ? 1000.

Магнитный усилитель, выполненный по схемам рис. 235, имеет симметричную характеристику управления, т. е. одинаково реагирует на то или иное направление тока управления. В ряде случаев требуется, чтобы ток нагрузки изменялся различным образом в зависимости от полярности сигнала управления. Для этой цели в усилителе создают некоторое начальное подмагничивание при помощи специальной обмотки, обтекаемой постоянным током Iсм. Она называется обмоткой смещения и располагается на сердечнике так же, как и обмотка управления (при наличии нескольких обмоток управления одну из них обычно используют в качестве обмотки смещения).

При включении обмотки смещения характеристика управления усилителя сдвигается влево (рис. 237, а) на величину F_см/?_y (здесь F_см = I_см?_см — м. д. с. обмотки смещения). В этом случае при отсутствии тока в обмотке управления ток в цепи нагрузки имеет некоторое значение I_нач, которое будет увеличиваться или уменьшаться в зависимости от направления тока управления I_у. Введение начального подмагничивания одновременно повышает коэффициент усиления для малых токов I_у, поскольку при этом повышается крутизна характеристики управления.

В магнитном усилителе, составленном из двух отдельных реакторов (см. рис. 235), в каждой из обмоток управления могут индуцироваться значительные э. д. с. е_у, что заставляет выполнять их с усиленной изоляцией. Поэтому часто оба реактора конструктивно объединяют в один аппарат, который имеет обмотку управления 2, общую для двух реакторов (рис. 238, а). При таком выполнении результирующий магнитный поток, пронизывающий обмотку управления, будет мал и в ней практически не будет индуцироваться э.д.с. Сердечники разделяют немагнитной прокладкой 3, при этом по каждому из стержней, охватываемых обмоткой управления, проходит переменный магнитный поток, который интенсивно перемагничивает сердечники (снимает остаточную индукцию, возникающую при изменении тока управления) и уменьшает тем самым влияние остаточного магнетизма на характеристику усилителя. В некоторых случаях магнитный усилитель выполняют на трехстержневом сердечнике (рис. 238,б).

Обычно магнитные усилители имеют не одну, а несколько обмоток управления, которые позволяют изменять выходное напряжение U_н и ток нагрузки I в зависимости от различных факторов. Например, магнитные усилители, устанавливаемые на некоторых тепловозах, имеют четыре обмотки управления.

Обратные связи в магнитных усилителях. Магнитные усилители обычно выполняют с обратными связями, которые обеспечивают увеличение стабильности работы усилителя и повышение его коэффициента усиления.

Обратной связью в усилителе называется воздействие выходного тока или напряжения на его вход. Она может быть внешней и внутренней. Для создания внешней обратной связи в усилителях предусматривают специальную обмотку (рис. 239), которая дополнительно подмагничивает или размагничивает сердечник. Она располагается на сердечнике так же, как и обмотки управления и смещения, и питается выпрямленным током, пропорциональным току нагрузки или напряжению на нагрузке. Обратная связь может быть положительной и отрицательной. Если при возрастании тока нагрузки или напряжения на нагрузке обмотка обратной связи усиливает действие входного сигнала, то обратная связь называется положительной. Ее используют для повышения коэффициента усиления. Если же при возрастании тока или напряжения на нагрузке обмотка обратной связи ослабляет действие входного сигнала, то связь называется отрицательной. Такую связь вводят в системы автоматического регулирования для повышения устойчивости их работы.

Обычно обмотку обратной связи включают через выпрямитель,

Рис. 238. Схемы магнитного усилителя с насыщающимися реакторами со сдвоенным (а) и с трехстержневым (б) сердечниками

Рис. 239. Принципиальная схема магнитного усилителя с обмотками смещения и обратной связи

который присоединяют параллельно или последовательно нагрузке. В первом случае ток I_ос в обмотке обратной связи будет пропорционален выходному напряжению U_н (обратная связь по напряжению), во втором—току I_н в цепи нагрузки (обратная связь по току). Если нагрузка питается выпрямленным током, то можно использовать один общий выпрямитель для питания нагрузки и создания обратной связи.

В магнитном усилителе с выходом на постоянном токе (см. рис. 239) имеются два реактора L1 и L2 с сердечниками 1, на каждом из которых намотаны рабочие обмотки 2, обмотки управления 3, смещения 4 и положительной обратной связи по току 5. Нагрузка R_н и обмотки положительной обратной связи по току включены через выпрямитель 6. Параллельно обмоткам 5 присоединен резистор 7, посредством которого можно регулировать ток I_ос в этих обмотках. Обмотки 3, 4 и 5, расположенные на сердечниках двух реакторов L1 и L2, включены встречно, чтобы индуцируемые в них переменные э. д. с. взаимно уничтожались. Начала всех обмоток обозначены точками (при этом принимается, что все обмотки намотаны в одном направлении). Обмотки смещения 4 создают м. д. с, направленную против м. д. с. обмоток 3 и 5. Вместо двух обмоток обратной связи и смещения можно применить по одной, охватывающей стержни обоих реакторов, как это показано на рис. 238 для обмоток управления.

При наличии положительной обратной связи (когда ток L_ос направлен так же, как и ток I_у) характеристика управления будет иметь большую крутизну (см. рис. 237,б). Следовательно, при этом увеличиваются коэффициенты усиления по току к_i и по мощности к_р.

При изменении направления тока I_ос обратная связь становится отрицательной (обмотка обратной связи будет создавать м. д. с. направленную противоположно м. д. с. обмотки управления). Крутизна рабочего участка характеристики управления, а также коэффициенты усиления по току и мощности в этом случае уменьшаются.

Магнитные усилители с самонасыщением. Положительную обратную связь можно обеспечить и без специальной обмотки обратной связи. Для этого последовательно с каждой рабочей обмоткой 2 реактора включают полупроводниковые вентили 4 (рис. 240). При таком включении по рабочим обмоткам реакторов L1 и L2 протекает выпрямленный пульсирующий ток (в один полупериод — ток i₂ в другой полупериод — ток i₂), постоянная составляющая которого обеспечивает дополнительное подмагничивание их сердечников 3. Следовательно в этом усилителе рабочие обмотки являются одновременно и подмагничивающими, т. е. имеет место внутренняя положительная обратная связь, при которой роль тока I_ос обратной связи выполняет постоянная составляющая тока нагрузки. Коэффициент усиления по мощности такого усилителя весьма высок, так как большая часть мощности, необходимой для подмагничивания сердечников, забирается из цепи переменного тока и ток I_у в обмотках управления 1 может быть существенно уменьшен.

В магнитном усилителе, показанном на рис. 241, а, в оба полупериода переменного питающее напряжения через рабочие обмотки реакторов L1 и L2 проходят попеременно пульсирующие токи i₁ и i₂, вызывая переменное насыщение их сердечников. При этом к нагрузке R_H приложено переменное напряжение u_н и через нее проходит переменный ток I. В усилителе, показанном на рис. 241,б, через рабочие обмотки также проходят попеременно токи i₁ и i₂, но через нагрузку R_н они проходят всегда в одном и том же направлении и к ней приложено постоянное напряжение U_н.

Магнитные усилители с самонасыщением используют в качестве регуляторов системы возбуждения генераторов на некоторых тепловозах. Если требуется регулировать электрические установки
большой мощности, то применяют трехфазные магнитные усилители.

Трансформаторы постоянного тока и напряжения. С помощью магнитных усилителей можно создать трансформаторы постоянного тока и напряжения. Трансформатор постоянного тока представляет собой однофазный магнитный усилитель, состоящий из двух реакторов L1 и L2 (рис. 242,а), у которых рабочие обмотки 1 соединены последовательно. Обмотки подмагничивания также соединяют последо-

Рис. 240. Схема магнитного усилителя с самонасыщением

Рис. 241. Принципиальные схемы магнитных усилителей с самонасыщением с выходом на переменном (а) и постоянном (б) токе: 1 — обмотка управления; 2 — рабочая обмотка; 3 — сердечники; 4 — полупроводниковые вентили

вательно и встречно или их роль выполняет кабель 2, пропущенный через окна сердечников обоих реакторов. При изменении постоянного тока I₁, проходящего по цепи подмагничивающей обмотки или по кабелю 2, изменяется насыщение сердечников, а следовательно, и переменный ток I₂ в цепи рабочих обмоток. При работе усилителя на прямолинейной части характеристики управления ток I₂ будет изменяться пропорционально току I₁. С помощью выпрямителя 3 переменный ток I₂ можно преобразовать в постоянный I’₂, который также будет пропорционален току I₁.

Трансформатор постоянного напряжения (рис. 242,б) выполняется так же, как и трансформатор постоянного тока, но его подмагничивающие обмотки 2 подключают через добавочный резистор к двум точкам, между которыми действует напряжение U₁ постоянного тока. Рабочие обмотки 1 для повышения точности включают параллельно (в этом случае существенно снижаются

Рис. 242. Схемы трансформаторов постоянного тока (а) и постоянного напряжения (б)

э. д. с. четных гармоник, индуцируемых в обмотках 2). При изменении напряжения U₁ изменяется ток подмагничивания I₁, а следовательно, и ток I₂ в цепи рабочих обмоток. При работе усилителя на линейной части характеристики токи I₂, I’₂ и выпрямленное напряжение U₂ будут пропорциональны напряжению U₁.

Магнитные усилители: тайное оружие Третьего рейха против электронных ламп

Магнитные усилители были альтернативой хрупким электронным лампам и дорогим транзисторам в середине XX века. Созданные американцами и усовершенствованные немцами они применялись в автоматике на фабриках, в компьютерах, на электростанциях, в военной технике и даже на атомных подводных лодках. Относительно недорогие, многофункциональные и компактные, они прошли длинный путь от изобретения до признания и исчезновения. Делимся историей магнитных усилителей и отвечаем на вопрос, почему и куда они пропали.

На пути между электронной лампой и транзистором

Сначала была изобретена электронная лампа, которую спустя полвека сменил транзистор – мы воспринимаем эту последовательность как исторический факт.

Электронная лампа была спроектирована физиком Флемингом в 1904-м и представляла собой устройство в форме герметичной стеклянной трубки для управления электрическим током. Её использовали как современные транзисторы: как переключатель, усилитель, генератор и выпрямитель тока. Она стала неотъемлемым компонентом электроники первой половины прошлого столетия и повлияла на развитие радио, телевидения и компьютеров.

Состоявшая из катода, производящего электроны, и анода – их принимающего, она была лишена всего воздуха, который является проводником. В конструкции использовалась нагревательная нить, которая потребляла много энергии и выделяла тепло, а потому КПД, срок службы и прочность устройства были низкими. Со временем трубки совершенствовались, стали компактными и более эффективными, но в конце 1970-х практически полностью исчезли с рынка (до сих пор используются в радиостанциях с высокими частотами).

В 1949 году физики Шокли, Бардин и Браттейн сконструировали первый транзистор, за что получили Нобелевскую премию. Изобретённый по случайности компактный цилиндр размером чуть более сантиметра применялся в слуховых аппаратах, часах и телефонии, а затем полностью вытеснил электронные трубки несколько десятилетий спустя. Этому способствовало открытие и изучение свойств полупроводника – кремния.

Но между двумя изобретениями, простимулировавшими технический прогресс, было ещё одно не менее интересное – магнитный усилитель. Созданный и забытый американцами, а затем возвращённый к жизни и усовершенствованный немцами, магнитный усилитель, или mag-amp, был популярной альтернативой электронным лампам в середине XX века.

Магнитный усилитель (МУ) использовал переменный ток, тогда как электронная лампа – постоянный. Он также выступал в роли усилителя мощности, а не напряжения.

Перспективное изобретение, канувшее в прошлое

Первый магнитный усилитель появился в 1901 году – за несколько лет до усилителя на электронной лампе. В книге Пола Мали, преподавателя электротехники и математики, упоминается и более ранняя дата – 1885 год.

Применение для mag-amp нашёл пионер электроники, швед по происхождению – Эрнест Александерсон. Эмигрировавший в США инженер занимался разработкой высокочастотного генератора и стал применять магнитные усилители с 1916 года. Генератор переменного тока, созданный для трансатлантической радиотелефонии, использовал mag-amp для модуляции выходного сигнала передатчика в соответствии с силой речевого сигнала.

Однако, считавшиеся медленными, громоздкими и малоэффективными магнитные усилители не получили признания в Штатах и были вытеснены электронными лампами, так и не успев распространить своё влияние дальше, чем на светорегуляторы в кинозалах.

Несмотря на это, пропавшее с радаров американской электроники устройство сыграло важную роль во Второй мировой войне. Ракета V-2, превратившая кварталы Лондона в руины в 1944-м, и многое другое военное оборудование нацистской Германии использовало магнитные усилители – и делало это эффективно.

В годы между двумя мировыми войнами немецкие учёные и инженеры довели mag-amp до ума. Разведка США после завершения Второй Мировой прочесала миллиарды страниц документов и отправила на изучение около двух сотен экземпляров немецких промышленных механизмов, и секрет превращения гадкого утёнка в прекрасного лебедя был раскрыт. Для создания усилителей немцы использовали новые металлические сплавы, которые увеличили эффективность и надёжность конструкции.

Материал, применяемый в mag-amp военной Германии, назывался Permenorm 5000-Z – сплав 50% никеля и 50% железа высочайшей степени очистки от примесей, который расплавлялся в вакууме. Затем сплав подвергался холодной прокатке, намотке, отжигу в водородной среде и резкому охлаждению. Такая технология заставляла кристаллы металлов ориентироваться таким образом, что они вели себя как единый кристалл с однородными свойствами.

Железно-никелевые сплавы впоследствии применялись для сердечников дросселей насыщения, но только для малых и средних мощностей. Причина крылась в высокой стоимости материала и небольшой в сравнении с кремнием индукцией насыщения.

Возрождение магнитных усилителей описывается в одном из учебных пособий для ВМС США, изданном в 1950-х:

«Большинство инженеров считают, что магнитный усилитель изобрели немцы, но это американское изобретение. Они взяли за основу нашу простую, примитивную разработку, улучшили её эффективность, уменьшили массу и объём, расширили границы применения и вернули нам».

Простой и надёжный: конструкция магнитного усилителя

Что же представлял собой магнитный усилитель?

Представьте простую катушку индуктивности: проволоку, обмотанную вокруг железного стержня (сердечника). Когда ток протекает по проводнику, внутри стержня возникает переменное магнитное поле. Если в переменном магнитном поле размещён проводник, то со временем внутри него появляется напряжение – и оно будет противодействовать переменному току.

Так вот, принцип работы магнитного усилителя основан на том, что присутствие намагниченного материала в сердечнике индукционной катушки увеличивает её сопротивление потоку переменного тока (импеданс).

В случае когда величина пропускаемого тока высока, железо, из которого изготовлен стержень, насыщается и перестаёт намагничиваться дальше. С этого момента ток проходит по проводнику практически без препятствий.

Внешне mag-amp похож на трансформатор: в центре конструкции находится железный стержень, на него намотаны два или более витка проволоки. Чаще всего сердечник представляет собой кольцевую (тороидальная форма) или квадратную рамку.

Вторая обмотка нужна для управления – пропускаемый через неё постоянный ток позволяет насыщать сердечник или выводить его из состояния насыщения, вызывая увеличение или уменьшение магнитного потока, пронизывающего рамку. К выходной обмотке последовательно подключается выпрямитель, он позволяет остановить постоянную смену полярности источника переменного тока. А ток во вторичной обмотке протекает таким образом, чтобы магнитные потоки усиливали друг друга.

Обмотка управления потребляет небольшую мощность. Это позволяет, используя малую силу тока, регулировать в широком диапазоне мощность нагрузки. Поэтому рассматриваемое нами устройство и получило такое название – усилитель.

Mag-усилитель ведёт себя как переключатель – в состоянии насыщения ток проходит по обмотке беспрепятственно, в ненасыщении ток полностью блокируется.

Вот пример схемы магнитного усилителя, квалифицируемого как насыщаемый реактор. Такие использовались для регулирования освещения в театрах и кинотеатрах. Катушка большего размера (input) используется для управления, меньшая (load) называется нагрузочной.

В катушке управления всегда больше витков. Их количество определяется таким правилом: «витки управления = витки нагрузки + дополнительное количество витков, необходимое для состояния полного насыщения».

В электротехнической литературе рабочие обмотки (нагрузка), которых в более сложных конструкциях может быть несколько, обозначаются «W». Они могут соединяться как параллельно, так и последовательно. Параллельное подключение помогает управлять током с высокими значениями, но имеет побочный эффект – медленный отклик в 1-3 секунды. Последовательно соединяют, если требуется высокое напряжение и быстрый отклик.

Витки обмотки управления Wy же могут иметь разные названия (положительной или отрицательной обратной связи, смещения и др.) – это зависит от выполняемых ими функций.

Чем хороши магнитные усилители?

Прежде всего магнитные усилители позволяли получить большое усиление сигнала по мощности. Одноступенчатые МУ, создаваемые в 1960-х, могли иметь коэффициент усиления порядка 200 тыс., что делало их гораздо более эффективными, чем электронные лампы. Для примера, такое усиление позволяло превращать несколько мВт мощности в обмотке управления в 25 кВт на выходе.

Усилители нашли широкое применение в момент их возвращения на арену электроники: они были надёжны, просты, не нуждались в регулярном обслуживании, обладали высокой механической прочностью и виброустойчивостью.

Главный элемент усилителя – магнит – мог использоваться при разных температурах, в условиях высокой влажности и загрязнённости воздуха, чем не могли похвастаться электронные лампы и транзисторы. Кроме того, mag-amp выделяли мало тепла, что позволяло сделать их компактными. Они почти не нуждались в вентиляции и охлаждении, не имели подвижных или хрупких элементов, потому не требовали частого техобслуживания и могли служить годами без участия человека.

Применение магнитных усилителей

Основным пользователем mag-amp была нацистская Германия. Усилители применялись в военной технике времён начала 1940-ых. Самый яркий пример – первая баллистическая ракета V-2, спроектированная Вернером фон Брауном. Траектория полёта ракеты выстраивалась с помощью встроенных гироскопа, компаса, датчиков скорости и высоты.

Фон Браун «приручил» магнитные усилители, которые в то время были более надёжными и эффективными, чем полупроводниковые устройства, такие как селеновые выпрямители и кристаллические диоды. Информация о том, какие электрические схемы использовали немцы в производстве ракет, утрачена.

Несмотря на успех нацистов, американцы отказались от применения МУ в производстве ракет – они были в высокой степени подвержены влиянию электромагнитного импульса, возникающего при взрыве ядерной бомбы. Импульс мог уничтожить все полупроводниковые и магнитные приборы в радиусе 500 км, поэтому их заменили специальными электронными трубками.

Немцы также применяли магнитные усилители в электрических тормозах локомотивов, грузовых машин и трамваев. Их использовали и для управления высоковольтными системами электропитания, а также в приводах наведения корабельных орудий.

В послевоенные годы американцы нашли применение усовершенствованной в Германии технологии. Возможности магнитных усилителей были велики: они могли переключать, преобразовывать, модулировать и усиливать сигнал, позволяя получить миллионный выигрыш в мощности.

Преимущества магнитных усилителей, а в особенности виброустойчивость и низкий нагрев, позволили применять их в конструкциях управления атомным котлом на подлодках, а также в системах наведения ракет. Mag-amp также применялись для регулирования критических напряжений и токов трансатлантического кабеля и на сборочных установках завода компании Ford для управления потоком конвейеров (не изнашивались после нескольких миллионов операций).

«Бум» магнитных усилителей привёл к тому, что они использовались как регуляторы скорости на фабриках и выходного напряжения в турбогенераторах, для управления антеннами радаров на кораблях, лифтами, подъёмниками, кранами и станками.

Магнитные усилители использовали и в качестве блоков памяти в компьютерах, а в 1950-х учёные «научили» их вычислять. Выполнение разных логических функций было возможным благодаря размещению нескольких обмоток – это позволяло комбинировать входные сигналы.

Использовать mag-amp в компьютерах стали после 1956-го, когда компания Sperry Rand представила усилитель Ferractor, который мог работать на частоте в несколько МГц. Размеры Ferractor были очень маленькими: провод обмотки имел толщину всего в 3 мкм. Новинка стала компонентом военного компьютера Кембриджского исследовательского центра – его сборка включала 1,5 тыс. «ферракторов». Позднее на базе этого компьютера Sperry Rand начала производить и свои Univac и STEP, вторые продавались сотнями экземпляров.

Несмотря на это, модели на магнитных усилителях работали не так хорошо, а проектировщики сталкивались со множеством технических трудностей. Скачок в производстве транзисторов стал постепенно вытеснять mag-amp в середине 1950-х. Хотя компьютеры с МУ и показывали лучшие результаты, транзисторы обеспечивали гораздо более надёжное усиление.

Позднее в целях экономии некоторые компьютеры всё ещё включали в себя транзисторы в сочетании с магнитными усилителями, потому что первые «били по кошельку». Примером является цифровой Elliott 803, поставленный в количестве 211 копий в 1960-х.

Магнитные усилители – всё?

Недорогие, надёжные, прочные, позволяющие получить невероятные выигрыши в мощности. Почему они были вытеснены электронными лампами и транзисторами?

Прежде всего, МУ имеют ограниченную частотную характеристику, а также более низкое в сравнении с лампами входное сопротивление. Потому могут обеспечить лишь конечный прирост мощности (трубка в теории способна дать и бесконечный). Кроме того, магнитный усилитель требует технологических затрат – в зависимости от назначения его конструкция будет отличаться (количество витков обмотки, материал, тип соединения и др.)

Когда стоимость транзисторов упала, а надёжность возросла, они начали быстрыми темпами вытеснять mag-amp. Но усилители вернулись в оборот в конце XX века – правда, применение их ограничено. В середине 1990-х стандарт ATX для персональных компьютеров требовал тщательно отрегулированного источника питания напряжением 3,3 В. Mag-amp стал недорогим и эффективным устройством для регулирования напряжения, поэтому его начали применять в качестве стабилизатора в блоках питания ПК. Но возвращение было недолгим, вскоре его начали заменять более эффективными регуляторами постоянного тока.

Зато магнитные усилители не покинули поле автоматики. Например, их широко используют для регулирования мощности дизельных генераторов на российских тепловозах и экскаваторах. Они являются компонентами системы автоматического регулирования напряжения (СВГ), а также встречаются в сварочных выпрямителях (например, ВДГ-303). Mag-amp часто мелькают на зарубежных и российских форумах радиолюбителей – умельцы применяют их как компоненты аудиоустройств.

Спроектированные в начале 20 века, возрождённые в 1940-х и затем снова, пусть и ненадолго, в 1990-х, магнитные усилители сегодня рискуют остаться артефактом истории. Но кто знает, может, они вернутся в мир электроники уже в третий раз?

Магнитные усилители с обратной связью

Глава 23 МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ С ОБРАТНОЙ связью § 23.1. Назначение и способы введения обратной связи Характеристики магнитного усилителя могут быть зна­чительно улучшены за счет введения дополнительного воздействия, зависящего от тока или напряжения на выходе усилителя. Такое воздействие, подаваемое с выхода усилителя на его вход, называ­ется обратной связью. В магнитных усилителях различают положительную и отрица­тельную, внешнюю и внутреннюю, жесткую и гибкую обратную связь. При положительной обратной связи выходной сигнал, подава­емый на вход усилителя, складывается (суммируется) с входным управляющим сигналом. При положительной обратной связи по­вышается коэффициент усиления и улучшается быстродействие магнитного усилителя. При отрицательной обратной связи выходной сигнал, подава­емый на вход усилителя, вычитается из входного управляющего сигнала. За счет отрицательной обратной связи улучшается ста­бильность преобразования входного сигнала в выходной, т. е. улуч­шаются измерительные свойства магнитного усилителя. Однако при отрицательной обратной связи уменьшается коэффициент усиле­ния. Поэтому в магнитных усилителях наибольшее распростране­ние получила положительная обратная связь. Если специально не оговорено, какой вид обратной связи используется, то под словами «магнитный усилитель с обратной связью» обычно понимается имен­но усилитель с положительной обратной связью. Для осуществления внешней обратной связи предусматривает­ся специальная обмотка обратной связи, которая располагается на сердечниках усилителя так же, как и обмотка управления. При внутренней обратной связи никакой дополнительной обмотки об­ратной связи не требуется. Сигнал обратной связи проходит в виде составляющей через рабочие (выходные) обмотки усилителя. При этом .последовательно с рабочими обмотками включаются однополупериодные выпрямители. За счет постоянной (выпрямленной) составляющей выходного тока создается магнитный поток обратной связи, изменяющий степень насыщения сердечника усилителя. При положительной обратной связи магнитный поток обратной связи суммируется с магнитным потоком обмотки управления и насыще­ние сердечника увеличивается. Поэтому в литературе усилители с внутренней обратной связью иногда называют усилителями с само­насыщением или самоподмагничиванием. При жесткой обратной связи сигнал обратной связи пропорцио­нален выходному сигналу. При гибкой обратной связи сигнал об­ратной связи пропорционален скорости изменения выходного сиг­нала. Следовательно, гибкая обратная связь действует лишь в пе­реходном процессе, т. е. при изменении выходного сигнала. Она и предназначена для улучшения динамики работы магнитного уси­лителя.

Рекомендуемые материалы

Курсовой проект по кузнечно-штамповочному цеху завода шестерен
Автоматизация кузнечно-штамповочного производства (АКШП) (МТ-6)
МУ к лабораторным работам по приборно-технологическому моделированию в системе TCAD Sentaurus
Автоматизация проектирования электронных средств
КР — Расчет трехступенчатой токовой защиты
Релейная защита
МУ к ДЗ по курсу «Технология и автоматизация ковки»
Технология и автоматизация ковки (ТАК) (МТ-6)
И.А. Норицын — Автоматизация и механизация технологических процессов ковки и штамповки
Автоматизация кузнечно-штамповочного производства (АКШП) (МТ-6)

Бердников Э.Б. — Методические указания к выполнению ДЗ по курсу «Автоматизация и робототехника кузнечно-штамповочного производства»

Автоматизация кузнечно-штамповочного производства (АКШП) (МТ-6)
§ 23.2. Одноактный магнитный усилитель с внешней обратной связью

Типовые схемы магнитных усилителей с внешней обратной связью приведены на рис. 23.1. Эти магнитные усилители кро­ме рабочей. обмоткии обмотки управленияимеют специ­альную обмотку обратной связи, в которую подводится сигнал с выхода усилителя. Существует два вида внешней обратной связи: по току и по на­пряжению. В схеме по рис. 23,1,а в обмотку обратной связи по­дается выпрямленный ток нагрузки . Таким образом, осущест­вляется обратная связь по току. В схеме по рис. 23.1,6 в обмотку обратной связи подается выпрямленное напряжение нагрузки Так осуществляется обратная связь по напряжению. Направление токав обмотках обратной связи постоянно и определяется по­лярностью подключения их к выпрямителю. Если действие тока в обмоткеусиливает действие тока управления в обмотке , то имеем положительную обратную связь. Магнитодвижущие силы обмоток управления и обратной связи при этом складываются. Перейти от положительной обратной связи к отрицательной мож­но путем изменения полярности (направления) тока управления в обмоткеили переменой концов обмотки, подключаемой к выпрямителю. В этом случае магнитодвижущие силы обмоток уп­равления и обратной связи вычитаются. В схеме (рис. 23.1,а) нагрузка может быть включена как посто­янного, так и переменного тока. Нагрузка постоянного тока включена последовательно с обмоткой обратной связи, т. е. пос­ле выпрямителя. Нагрузка переменного токавключается до вы­прямителя. В этом случае выпрямитель служит только для осущест­вления обратной связи. В некоторых случаях и при нагрузке по­стоянного тока для питания обмотки обратной связи используется отдельный выпрямитель, что повышает стабильность характеристик магнитного усилителя. Обратная связь по напряжению обычно применяется в мощных магнитных усилителях, т. е. при больших токах нагрузки. В этом случае для выпрямителя в цепи обратной связи по току потребо­вались бы диоды на большие токи, которые имеют большие габа­риты и используются со специальными охладительными радиато­рами. Да и саму обмотку обратной связи потребовалось бы вы­полнять очень толстым проводом. С точки зрения принципа действия разницы между усилителя­ми с обратной связью по току и по напряжению нет. Для статической характеристики идеального магнитного уси­лителя (см. § 22.5) при наличии обратной связи уравнение (22.17) будет иметь вид (23.1) где знак плюс соответствует положительной обратной связи, а знак минус — отрицательной. Поскольку длина путейдля постоянного и переменного маг­нитных потоков у большинства магнитных усилителей одинакова, можно записать равенство напряженностей магнитного поля: где—среднее за полпериода значение напряженности перемен­ного магнитного поля;—напряженность постоянного магнитно­го поля, создаваемого совместными действиями обмоток управле­ния и обратной связи; Напряженность магнитного поля, создаваемого обмоткой об­ратной связи, При обратной связи по току полагаем, что весь выпрямленный ности, можно значительно снизить постоянную времени (например, при = =0,96 в 25 раз), т. е. улучшить быстродействие усилителя. Достигаетсяэто за счет уменьшения числа витков (т. е. индуктивности) обмотки управления усилителя. Другим способом уменьшения постоянной времени является увели­чение частоты питания, что также следует из уравнения (23.6). Поэтому для магнитных усилителей используют источники питания повышенной частоты (400, 500, 1000 Гц). Для усилителей малой мощности постоянная времени может быть снижена до нескольких миллисекунд, а для большой мощности — до нескольких десятков миллисекунд. В случае применения магнитного усилителя с выходным переменным током (без выпрямителя в цепи нагрузки) в уравнения (23.4) —(23.6) необходимо ввести коэффициент формы переменного тока § 23.4. Регулировка коэффициента обратной связи Для регулировки коэффициента обратной связи исполь­зуют два способа: изменение числа витков обмотки обратной связи и изменение тока в обмотке обратной связи. При использовании первого способа обмотку обратной связи выполняют с отводами, что позволяет ступенчато изменять . При втором способе обыч­но используют регулировоч­ные резисторы, обеспечиваю­щие плавное изменение Регулировочный резистор в усилителе с обратной связью по току подключается парал­лельно обмотке обратной свя­зи (рис. 23.2, а), а в усилите­ле с обратной связью по на­пряжению — последовательно этой обмотке (рис. 23.2, б). В магнитных усилителях с обратной связью по току ре­гулировочный резистор подключают параллельно не ко всей обмотке , а только к части ее витков, составляющих примерно 10—20% от общего числа витков, для чего делает­ся специальный отвод. Делается это для того, чтобы не возрас­тала значительно инерционность усилителя. Ведь образованный об­моткой и регулировочным резистором замкнутый контур замед­ляет изменение потока тем больше, чем больше его индуктивность. Если регулировочный резистор подключен параллельно к части витков обмотки обратной связи (рис. 23.2,а), то коэффициент обратной связи определяется по формуле

(23.7) Для обратной связи по напряжению (рис. 23.2,6) ток обрат­ной связи тогда (23.8) где Следовательно, при любом виде обратной связи (по току или по напряжению) сопротивление регулировочного резистора учиты­вается введением в формулу длярегулировочного коэффициен­та.определяемого по (23.7) или (23.8). § 23.5. Характеристики реального магнитного усилителя с обратной связью Статические характеристики «вход-выход» реального маг­нитного усилителя с различными значениями коэффициента обрат­ной связипоказаны на рис. 23.3. При увеличениихаракте­ристика становится несимметрич­ной и смещается влево парал­лельно оси абсцисс. Ток в цепи нагрузки при сигналеуже

не будет равен его минимально­му значению , его значение увеличивается с ростом (точки 1, 2, 3). Как было показано в § 22.4, ток холостого хода в реальном усилителе не равен ну­лю (из-за конечного значения ин­дуктивности рабочей обмотки). При наличии обратной связи этот ток поступает в обмотку и создает дополнительное подмагничивание, смещая характери­стику усилителя. Для уменьшения тока холостого хода в усилите­ле с положительной обратной связью применяют специальную обмотку смещения Напряженность магнитного поля, создаваемого этой обмоткой, должна быть равна напряженности поля, создаваемого обмоткой обратной связипри прохождении по ней тока, т. е. противоположна по направлению. В этом случае обмотка смещения будет полностью компенсиро­вать подмагничивающее действие обмотки обратной связи при отсутствии управляющего сигнала (). При приближении значения коэффициента обратной связи к единице есть опасность перехода усилителя в релейный режим. Как уже отмечалось, обычно принимают величину . Однако при использовании высококачественных сердечников и выпрямителей со стабиль­ными параметрами и при незначительных колебаниях температу­ры внешней среды величина может быть доведена до 0,98— 0,99. При этом обеспечиваются весьма большие коэффициенты усиления и хорошая линейность преобразования входного сигна­ла в выходной. Добротность реальных магнитных усилителей с обратной связью находится обычно в пределах, где—частота напряжения питания. § 23.6. Графическое построение статической характеристики магнитного усилителя с обратной связью Статическую характеристику магнитного усилителя с об­ратной связью можно построить графически по характеристике это­го же усилителя без обратной связи. Рассмотрим такое построение применительно к магнитному уси­лителю с обратной связью по току (см. рис. 23.1, а). Напряженность постоянного магнитного поля в этом усилителе создается сов- местным действием тока управления , протекающего по обмотке , и тока нагрузки, протекающего по обмотке, т. е. (23.9) где—средняя длина пути постоянного магнитного потока. При отсутствии обратной связи (если разомкнуть цепь обмотки ) то же значение напряженности может быть создано большим током управления: (23.10) Выразим из уравнения (23.9), подставив из (23.10): (23.11) Первый член уравнения (23.11) представляет собой ток управ­ления магнитного усилителя без обратной связи, а второй член—■ это ток нагрузки, приведенный к числу витков обмотки управления. Иными словами, это такой условный ток в обмотке управления, который эквивалентен по действию току нагрузки, протекающему по обмотке обратной связи. Обозначим этот приведенный (услов­ный) ток через, т. е. Это выражение являетсяхарактеристикой обратной связи. По­строение статической характеристики проводим в координатной плоскости (рис. 23.4): по оси абсцисс откладываем , по оси ординат—. Характеристика обратной связи в этих осях изобра­жается прямой Оа, проходящей через начало координат под углом к оси ординат. В этих же осях координат строим нагру­зочную характеристику магнитного усилителя без обратной связи , которая на рис. 23.4 обозначена бег. Теперь на основе (23.11) выполняем графическое построение характеристики усили­теля с обратной связью. Точка А пересечения прямой Оа с харак- теристикой усилителя бвг определяет новое значение тока холосто­го хода. Сносим это значение на ось ординат (точка с). Затем про­водим еще несколько прямых, параллельных Оа, и находим точки их пересечения с кривой бвг. Из точек пересечения этих прямых с осью абсцисс восставляем перпендикуляры, па которые сносим точки пересечения характеристики обратной связи с характеристи­кой усилителя без обратной связи. Из построения видно, что ток, т. е. для получения одного и того же тока нагрузкив магнитном усилителе с обрат­ной связью требуется меньший ток в управляющей обмотке, чем в усилителе без обратной связи. Построенная таким образом характеристика усилителя с обрат­ной связью обозначена деж. Анализируя вид этой кривой, прихо­дим к заключению, что характеристика магнитного усилителя по­лучается несимметричной: в правой части ее крутизна больше, чем у усилителя без обратной связи, а в левой части — меньше. Ветвь еж соответствует положительной обратной связи, а ветвь де — от­рицательной обратной связи. Построение на рис. 23.4 выполнено для значения. Сравнение характеристик магнитного усилителя с обратной связью и без обратной связи показывает, что с увеличением ток холостого хода в нагрузке возрастает. Для уменьшения тока холосто­го хода в усилителе с положительной обратной связью применяют обмотку смещения, охватывающую, подобно обмоткам управ­ления и обратной связи, оба сердечника (рис. 23.5,а). Эта обмотка питается постоянным током и обеспечивает постоянное подмагничивание сердечников. Благодаря такому подмагничиванию харак­теристика усилителя смещается влево или вправо параллельно са­мой себе (рис. 23.5, б). Иногда с помощью обмотки смещения начальную рабочую точ­ку смещают на середину линейного участка (рис. 23.5,в). Такой усилитель можно назвать поляризованным: при положительных значениях ток нагрузки линейно возрастает, при отрицатель­ных — уменьшается. § 23.7. Магнитные усилители с внутренней обратной связью В рассмотренных выше магнитных усилителях со специ­альной обмоткой обратной связи положительная обратная связь проявлялась в том, что в сердечниках магнитного усилителя кро­ме постоянного подмагничивания от тока управления создавалось еще одно постоянное магнитное поле, пропорциональное току (или напряжению) нагрузки. Такой же эффект достигается и в усилителях с внутренней обратной связью — постоянное магнитное поле созда­ется за счет постоянной составля­ющей тока нагрузки, протекающей по рабочим обмоткам усилителя. Следовательно, нет необходимости в специальных обмотках обратной связи. Усилители со внутренней об­ратной связью называют еще уси­лителями с самоподмагничиванием. Рассмотрим работу простейшей схемы (рис. 23.6, а), которая ле­жит в основе всех схем усилителей с внутренней обратной связью. На сердечнике расположены две обмотки: управленияи рабочая. Для ограничения перемен­ного тока в цепи обмотки управления, трансформируемого (наво­димого) из цепи рабочей обмотки, служит индуктивность. На­помним, что индуктивное сопротивлениепропорционально частоте, поэтому на значение постоянного тока индуктив­ность практически не влияет. Последовательно с нагрузкой в цепь рабочей обмотки включен выпрямительный диод Д. По­этому под действием переменного синусоидального напряжения по рабочей обмотке и в нагрузке проходит однополупериодный выпрямленный ток (рис. 23.6, б). Этот ток можно предста­вить в виде суммы постоянной и переменной составляющих. По­стоянная составляющая тока

нагрузки создает в сердеч­нике постоянное магнитное по­ле, т. е. возникает эффект, аналогичный действию обмот­ки обратной связи в усилите­ле с внешней обратной связью. Функции обмотки обратной связи в схеме (рис. 23.6, а) выполняет рабочая обмотка, а коэффициент обратной связи в этом случае . Данная схема для магнитных усилите­лей практически почти не при­меняется, она служит лишь для иллюстрации принципа действия внутренней обратной связи.

Бесплатная лекция: «27. Концентрация капитала во французской прессе» также доступна. Основные схемы магнитных усилителей с внутренней обратной связью показаны на рис. 23.7. Для нагрузки переменного тока ис­пользуется схема (рис. 23.7, а) с обмотками управления, располо­женными на двух сердечниках и включенными так, что перемен­ные составляющие ЭДС, трансформируемые из рабочей обмотки, взаимно уничтожаются. Обратите внимание на точки: они пока­зывают, что обмотки управления включены согласно, а рабочие обмотки—встречно. В один из полупериодов питающего напряже­ния ток в нагрузку идет через диод Д1, а в другой — через диод Д2. Если из схемы исключить эти диоды, то получится обычный магнитный усилитель с параллельным соединением рабочих об­моток без обратной связи (постоянная составляющая в токе рабо­чих обмоток будет отсутствовать). Для нагрузки постоянного тока используется схема (рис. 23.7, б) с выпрямительным мостом. Через каждую из рабочих обмоток по­переменно проходит однополупериодный выпрямленный ток, соот­ветствующий току нагрузки. А через нагрузкупроходит двух-полупериодный выпрямленный ток. Для ступенчатой регулировки коэффициента обратной связи используют рабочие обмотки, состоящие из нескольких частей, ко­торые могут быть включены встречно или согласно. Для плавной регулировкиприменяют регулировочный резистор, шунтирующий диоды. Например, в схеме по рис. 23.7,а при сопротивлении, шунтирующем диоды, равном нулю, будем иметь , т. е. об- ратная связь отсутствует. При отсутствии шунтирующих резисторов (т. е. шунтирующее сопротивление равно бесконечности) Вид статических характеристик усилителей с внешней и внут­ренней обратной связью практически одинаков. То же можно ска­зать и о значениях коэффициента усиления. Похожи и их динами­ческие свойства, если при этом учесть, что число витков рабочей обмотки усилителя с внутренней обратной связью должно быть в два раза больше числа витков рабочей обмотки усилителя с внешней об­ратной связью при прочих равных условиях. Однако потери в ра­бочей цепи усилителя с самоподмагничиванием меньше, чем с внеш­ней обратной связи, поскольку в каждый полупериод питающего напряжения ток проходит лишь по одной из рабочих обмоток. Сле­довательно, магнитный усилитель с внутренней обратной связью имеет больший КПД и коэффициент усиления по мощности, что приводит к увеличению добротности. При одинаковых размерах сердечников усилитель с внутренней обратной связью имеет выход­ную мощность почти в полтора раза больше, чем усилитель с внеш­ней обратной связью. Кроме этих достоинств усилители с внут­ренней обратной связью имеют меньшее число обмоток, а в некото­рых случаях и меньшее число диодов (вентилей). Поэтому в на­стоящее время преимущественное применение (особенно в мощных усилителях) получила внутренняя обратная связь. Внешнюю об­ратную связь применяют в тех маломощных усилителях, где глав­ным требованием является стабильность работы. Сюда относятся, например, магнитные усилители, применяемые в измерительной и вычислительной технике. Следует отметить, что для создания высококачественных и ста­бильных магнитных усилителей с самонасыщением требуются не только высококачественные материалы для сердечников, но и вы­сококачественные выпрямители, имеющие прежде всего высокое обратное сопротивление.