Магнітны ўзмацняльнік

З пляцоўкі Вікіпедыя
Jump to navigation Jump to search
Магнітны ўзмацняльнік (амплістат узбуджэння) цеплавоза М62
Спрошчаная схема ўключэння магнітнага ўзмацняльніка як рэгулятара яркасці лямп
Блок рэгулявання напружання да самалёта, 7 — магнітны ўзмацняльнік

Магнітны ўзмацняльнік (амплістат — ад англ.: amplifierузмацняльнік і static — статычны, без частак што рухаюцца, трансдуктар — ад англ.: transductor) — гэта электрамагнітная прылада, якая працуе на аснове нелінейных магнітных уласцівасцей ферамагнітных матэрыялаў[1] і прызначана для ўзмацнення ці пераўтварэння электрычных сігналаў[2]. Прымяняецца таксама ў сістэмах аўтаматычнага кіравання[3], кіравання і стабілізацыі магутнасці.

Разнастайнасці[правіць | правіць зыходнік]

  • дросельны магнітны ўзмацняльнік;
  • магнітны ўзмацняльнік з саманасычэннем (МУС),
  • дыферэнцыяльны магнітны ўзмацняльнік

Прынцып дзеяння[правіць | правіць зыходнік]

Дросельны магнітны ўзмацняльнік[правіць | правіць зыходнік]

Магнітны ўзмацняльнік працуе выкарыстоўваючы уласцівасць нелінейнага намагнічвання магнітаправода.

На крайніх стрыжнях магнітнага ўзмацняльніка знаходзіцца рабочая абмотка, якая складаецца з двух шпуль, спалучаных паслядоўна і сустрэчна.

Сустрэчнае ўключэнне рабочых абмотак неабходна, каб сумарная ЭРС у абмотцы кіравання, наведзеная ад рабочай абмоткі, была роўнай нулю. На сярэднім стрыжні месціцца абмотка кіравання з вялікай колькасцю віткоў W=. Калі ток у яе не падаецца, і да рабочай абмоткі, спалучанай паслядоўна з нагрузкай, пададзена пераменнае напружанне U~, тады з-за малой колькасці яе віткоў W~ магнітаправод не насычаецца, і амаль усё напружанне ўпадае на рэактыўным супраціўленні рабочых абмотак Z~. На нагрузцы ў гэтым выпадку вылучаецца малая магутнасць.

Калі зараз прапусціць па абмотцы кіравання ток Iк, тады нават пры невялікім яго значэнні (з-за вялікага W=), ўзнікае насычэнне магнітаправода. У выніку рэактыўнае супраціўленне рабочай абмоткі рэзка змяншаецца, а велічыня тока ў ланцугу — павялічваецца. Такім чынам, падаючы малыя сігналы да абмоткі кіравання, можна значна змяняць велічыню магутнасці ў рабочым ланцугу магнітнага ўзмацняльніка.

Наступныя ўласцівасці канструкцыі для шэрагу прымяненняў МУ пажадана палепшыць:

  • параўнальна невялікае ўзмацненне і нелінейнасць, паколькі пры малых токах кіравання рабочы ток таксама будзе невялікім з-за нелінейнасці ў пачатку нагрузачнай характарыстыкі МУ і, як вынік, яе малога нахілу,
  • у ланцугу нагрузкі пры нулявым току кіравання будзе прысутнічаць ненулявы ток халастога хода,
  • рабочы ток не залежаць ад палярнасці тока кіравання.

Для павелічэння каэфіцыента ўзмацнення і ўвядзення залежнасці рабочага тока ад палярнасці тока кіравання ў МУ дадаюць яшчэ «абмотку зрушэння». Падаўшы на абмотку зрушэння пастаяннае напружанне ад асобнай крыніцы, можна выбраць рабочую кропку МУ (кропку пры нулявым току кіравання), чым можна дабіцца лінейнай залежнасці рабочага тока ад тока кіравання і значна павялічыць каэфіцыент узмацнення, а таксама залежнасць рабочага тока ад палярнасці тока кіравання. Пры гэтым у залежнасці ад суадносінаў палярнасці напружанняў на абмотцы кіравання і абмотцы зрушэння нагрузкавая характарыстыка будзе зрушацца: пры зладжаным уключэнні абмотак адбываецца зрушэнне характарыстыкі ўлева (гл. малюнак), а пры сустрэчным — управа.


У найпростым выпадку магнітны ўзмацняльнік — гэта кіраваная пастаянным токам шпуля індуктыўнасці (дросель), якая ўключаецца ў ланцуг пераменнага току паслядоўна з супраціўленнем нагрузкі.

Магнітны ўзмацняльнік з саманасычэннем[правіць | правіць зыходнік]

Уключэнне ў ланцуг выхадной абмоткі паўправадніковых вентыляў — дыёдаў вядзе да насычэння стрыжню, паколькі па абмотках цячэ ток аднаго накірунку, і ў моманты спадання намагнічваючага тока ў стрыжні яшчэ прысутнічае рэшткавая намагнічанасць. Кіруючая абмотка стварае поле, якое размагнічвае стрыжань.

Зваротныя сувязі ў магнітным узмацняльніку[правіць | правіць зыходнік]

МУ са знешняй ЗС і яго нагрузачная характарыстыка

Для павелічэння каэфіцыента ўзмацнення МУ ў іх уводзяць зваротную сувязь (ЗС), пры гэтым зваротная сувязь можа быць двух тыпаў:

  • знешняя зваротная сувязь
  • унутраная зваротная сувязь

Пры знешняй ЗС уводзіцца дадатковая абмотка, якую таксама намотваюць на сярэдні стрыжань магнітаправода, як і абмоткі кіравання і зрушэння. Пры гэтым, абмоткі ЗС ўключаюцца ў ланцуг рабочых абмотак такім чынам, каб пры павелічэнні току кіравання і, значыць, працоўнага току, ток у абмотцы ЗС таксама ўзрастаў, дадаткова падмагнічваючы стрыжань і яшчэ больш павялічваючы працоўны ток. Пры гэтым ток у ланцугу рабочай абмоткі павінен быць пераменным, і у ланцугу абмоткі ЗС павінен быць пастаянным. Таму абмотку ЗС уключаюць паслядоўна ў ланцуг з рабочай абмоткай праз дыёдны мост.

Пры выкарыстанні МУ з унутранай ЗС рабочыя абмоткі ўключаюцца праз рознанакіраваныя выпрамляльныя дыёды, а нагрузка падлучаецца паміж клемай сеткі і агульнай кропкай абмоткі. Такім чынам, у першы паўперыяд нагрузка сілкуецца ад адной абмоткі, а ў другі паўперыяд — ад другой абмоткі. У кожнай рабочай абмотцы цячэ знакапастаянны ток. Абмоткі злучаюцца гэтак, каб іх патокі намагнічвання былі накіраваны у адзін бок. Такое зладжанае злучэнне дадаткова падмагнічвае стрыжань і тым самым яшчэ больш павялічвае ток у рабочых абмотках.

У абодвух выпадках зваротная сувязь у адным накірунку палярнасці на абмотцы кіравання МУ з’яўляецца станоўчай: пры павелічэнні току кіравання стрыжань падмагнічваецца, працоўны ток узрастае, з дапамогай зваротнай сувязі яшчэ больш намагнічваючы стрыжань, тым самым яшчэ больш павялічваючы выхадны ток. Пры процілеглым напружанні на абмотцы кіравання ЗС становіцца адмоўнай. Тады нагрузачная характарыстыка становіцца больш несіметрычнай, каэфіцыент узмацнення на зваротным шляху змяншаецца, на прамым — ўзрастае, дасягаючы 1000, а ў асобных выпадках да 3000 — 5000.

Форма і частотны спектр выхаднога сігналу магнітнага ўзмацняльніка

Станоўчая зваротная сувязь уплывае на лінейнасць узмацняльніка. Разам з гістэрэзісам стрыжаню, яна з’яўлецца крыніцай нелінейных скажэнняў, пераважна няцотных гармонік. У дадатак, частка кіруемага току сілкавання перацякае ў ланцуг кіравання, таму што паловы абмоткі сілкавання цяжка зрабіць ідэальна аднолькавымі.

Дыферэнцыяльны магнітны ўзмацняльнік[правіць | правіць зыходнік]

Магнітны ўзмацняльнік гуку, распрацаваны шведскім інжынерам Ларсам Лундалам, выкарыстоўвае насычаныя рэактары ў сваім апошнім дыферэнцыяльным каскадзе ўзмацнення магутнасці.

Для таго, каб кіраваць напрамкам току ў нагрузцы з вялікім каэфіцыентам узмацнення і больш лінейнай нагрузачнай характарыстыкай з малым токам халастога ходу, прымяняюцца дыферэнцыяльныя магнітныя ўзмацняльнікі. Дыферэнцыяльны МУ-гэта камбінацыя з двух МУ (з абмоткамі ЗС, зрушэння), уключанымі так, што з аднаго боку іх працоўныя абмоткі ўключаюцца сустрэчна і да іх падключаецца нагрузка, з другога боку нагрузка падключаецца да сярэдняй кропкі сілкавальнага трансфарматара (дзве астатнія яго клемы сілкуюць ланцуг працоўных абмотак). Абмоткі кіравання абодвух МУ ўключаюцца паслядоўна сустрэчна. Пры падачы кіруючага напружання адзін магнітны ўзмацняльнік будзе працаваць са станоўчай ЗС, другі- з адмоўнай, у выніку сумарная характарыстыка будзе блізкая да характарыстыкі МУ, які працуе са станоўчай ЗС. Пры памяншэнні па модулю току кіравання, інтэнсіўнасць МУ са СЗС памяншаецца, а МУ з АЗС павялічваецца, пры гэтым характарыстыка лінейна імкнецца да нуля. Пры змене знака ролі МУ мяняюцца, а характарыстыка мае тую ж лінейнасць у процілеглай вобласці. Падобныя ДМУ могуць прымяняцца для кіравання асінхроннымі электрарухавікамі, таму іх часам называюць рэверсіўнымі МУ.

Уласцівасці[правіць | правіць зыходнік]

Характарыстыка Магнітны ўзмацняльнік
Кіруемы ток пераменны
Кіруючы ток пастаянны ці павольна змяняючыся
Адчувальнасць 10−19 Вт
Выхадная моцнасць да 500 МВА
Каэфіцыент узмацнення аднаго каскада да 106
Рабочая тэмпература ад 0 К да 500 °C, абмежавана ізаляцыяй шпулей і дыёдамі
Рабочае напружанне не абмежавана
Лінейнасць Тым больш нелінейы, чым шырэйшы дыяпазон частот
Памеры Чым ніжэй працоўная частата нагрузкі, тым больш грувасткі і цяжкі
Затрымка фазы сігналу да 60°

Ужыванне[правіць | правіць зыходнік]

Асноўнае прызначэнне — кіраванне сілавым электрапрывадам (распаўсюджаны ў будаўнічай тэхніцы), таксама стабілізатары пераменнага напружання, бескантактавыя рэле, мадуляцыя сігналаў, падваенне частаты, рэгулятары яркасці асвятляльных прыбораў кінаканцэртных залаў, кіраванне магутнымі электрарухавікамі, напрыклад у пракатных станах, у ланцугах цеплавоза.[4]. Таксама ужываліся ў дваічнай ЭВМ ЛЭМ-1 Л. І. Гутэнмахера і ў траічных ЭВМ «Сетунь» і «Сетунь-70» Н. П. Брусянцова[5][6], а таксама ў UNIVAC Solid State, Ferranti Sirius, Ferranti Orion, English Electric KDF9, MAGSTEC. Зараз магнітныя ўзмацняльнікі па большай частцы заменены больш эфектыўнымі і энэргазберагаючымі актыўнымі паўправадніковымі прыборамі, але і цяпер яны ўжываюцца ў шэрагу прызначэнняў.

Па-ранейшаму магнітныя ўзмацняльнікі выкарыстоўваюцца ў сістэмах узмацнення пастаянных такоў ад тэнзадатчыкаў. Гібрыдныя прылады, змяшчаючыя мініяцюрны магнітны ўзмацняльнік і паўправадніковы ўзмацняльнік, маюць нізкі нулявы дрэйф і высокую дакладнасць. Шырокі дыяпазон тэмператур і ўстойлівасць да токаў перагрузак і радыяцыі, а таксама надзейнасць і стабільнасць уласцівасцей з цягам часу робяць гэтую прыладу вартай для аўтапілотаў, кіруючых ланцугоў ракет, АЭС і іншых электрасанцый. Таксама МУ ўжываецца як узмацняльнік-пераўтваральнік частаты і фазы (гетэрадын), кантролер току крыніц сілкавання і зарадных прылад.

Магнітны ўзмацняльнік дазваляе бескантактава вымяраць пастаянныя токі ў лініях электраперадач, у тым ліку на лініях HVDC высокага напружання пастаяннага току. У апошні час для гэтага ўсё часцей ужываюць больш кампактныя датчыкі Хола.

Заўвагі[правіць | правіць зыходнік]

  1. Розенблат, 1963, с. 7
  2. Ройзен, 1961, с. 3
  3. Розенблат, 1963, с. 22
  4. ГОСТ 17561-84 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ. УСИЛИТЕЛИ МАГНИТНЫЕ. Термины и определения
  5. Международная конференция SORUCOM.2006, Сборник материалов, Брусенцов Николай Петрович, МГУ, ВМиК, ramil@cs.msu.su, Троичные ЭВМ «Сетунь» и «Сетунь 70»
  6. Академия тринитаризма Дмитрий Румянцев, Долой биты! (Интервью с конструктором троичной ЭВМ)

Літаратура[правіць | правіць зыходнік]

  • Ройзен С. С., Медникова И. И. Применение магнитных усилителей в автоматизированном электроприводе постоянного тока. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1961. — 120 с.
  • Розенблат М. А. Магнитные усилители и модуляторы. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1963. — 112 с.
  • Аттура Г. М. Магнитные усилители. Пер. с англ.. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1963. — 288 с.
  • Соболевский А. Г. Магнитный усилитель — что это такое?. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1963. — 48 с.
  • Гейгер В. А. Схемы магнитных усилителей. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1959. — 400 с.
  • Nyle Steiner Самаробныя магнітныя ўзмацняльнікі. sparkbangbuzz.com, 2009

Спасылкі[правіць | правіць зыходнік]