A mágneses erősítő ( amplistat - az angol erősítőből - erősítő és statikus - statikus, mozgó alkatrészek nélkül, transzduktor - az angol transzduktorból ) olyan elektromágneses eszköz, amelynek működése a ferromágneses anyagok nemlineáris mágneses tulajdonságainak felhasználásán alapul [1] és elektromos jelek erősítésére vagy átalakítására tervezték [2] . Automatikus szabályozási, irányítási és vezérlési rendszerekben alkalmazzák [3] .
A mágneses erősítő működése a mágneses áramkör mágnesezési jellemzőinek nemlinearitásán alapul .
A mágneses erősítő szélső rúdjain egy működő tekercs található , amely két sorba kapcsolt és ellentétes tekercsből áll.
A munkatekercsek számláló bekapcsolása azért szükséges, hogy a vezérlőtekercsben a munkatekercsből indukált teljes EMF nulla legyen. A nagy W= fordulatszámú vezérlő tekercselés a középső rúdra kerül. Ha nem kap áramot, és a terheléssel sorba kapcsolt munkatekercsre U~ váltakozó feszültséget kapcsolnak, akkor a kis W~ fordulatszám miatt a mágneses áramkör nem telített, és szinte az összes feszültség csökken a munkatekercsek reaktanciája Z~. Ebben az esetben alacsony teljesítményt rendelnek a terheléshez . Ha most átvezetjük az Iу áramot a vezérlő tekercsen, akkor még kis értékével is (a nagy W \u003d miatt) a mágneses áramkör telítődése következik be. Ennek eredményeként a munkatekercs reaktanciája meredeken csökken, és az áramkörben lévő áram mennyisége nő. Így a vezérlő tekercsben lévő kis jelek segítségével jelentős mennyiségű teljesítményt lehet szabályozni a mágneses erősítő munkakörében.
De az MU ilyen kialakításának számos hátránya van: alacsony erősítés és nemlinearitás, mivel alacsony vezérlőáramoknál az üzemi áram is kicsi lesz (ez az MU terhelési karakterisztika elején lévő nemlinearitásnak köszönhető, és ezért , kis meredeksége), a terhelési áramkörben nulla vezérlőáram mellett nullától eltérő áram (üresjárati áram) is lesz, az üzemi áram nem függ a vezérlőáram polaritásától. Az erősítés növelésére és az üzemi áram vezérlőáram polaritásától való függésének bevezetésére az MU-ban egy kiegészítő tekercset alkalmaznak, az ún. "előfeszítő tekercselés", külön forrásból származó állandó feszültség alkalmazásával kiválasztható az MU működési pontja (a vezérlőáram nullával egyenlő pontja), amellyel a vezérlés üzemi áramától lineáris függés érhető el. az erősítés jelentős növekedése, valamint az üzemi áram függősége a vezérlőáram polaritásától, míg a vezérlőtekercsen és az előfeszítő tekercsen lévő feszültségek polaritásának arányától függően a terhelési karakterisztika eltolódik: ha a tekercseket egyhangúan kapcsoljuk be, a karakterisztika balra tolódik (lásd az ábrát).
A legegyszerűbb esetben a mágneses erősítő egy egyenárammal vezérelt induktor (fojtó), amely a terhelési ellenállással sorba van kötve az AC áramkörbe .
Fojtó mágneses erősítő előfeszítő tekercs nélkül
MU terhelési jellemzői előfeszítő tekercs nélkül
Fojtó mágneses erősítő előfeszítő tekercseléssel
MU terhelési jellemzője előfeszítő tekercseléssel
A félvezető szelepek - diódák beépítése a kimeneti tekercs áramkörébe a mag telítéséhez vezet, mivel az egyik irányú áram átfolyik a tekercseken, és azokban a pillanatokban, amikor a mágnesező áram lecsökken, maradék mágnesezés lesz a tekercsben. mag. A vezérlő tekercs olyan mezőt hoz létre, amely demagnetizálja a magot.
Az MU nyereségének növelése érdekében visszacsatolást (FB) vezetnek be bennük, míg a visszacsatolás kétféle lehet:
Külső operációs rendszerrel egy további tekercs kerül bevezetésre, amely szintén a mágneses áramkör középső magjára van feltekerve, valamint a vezérlő és előfeszítő tekercsek. Ebben az esetben az operációs rendszer tekercseit úgy kell beépíteni a munkatekercs-áramkörbe, hogy a vezérlőáram és így az üzemi áram növekedésével az operációs rendszer tekercsében lévő áram is növekszik, emellett mágnesezi a magot és tovább növeli. az üzemi áram. Ebben az esetben a munkatekercs áramkörében az áram változó, míg az operációs rendszer tekercsének áramkörében állandónak kell lennie, ezért az utóbbi egy diódahídon keresztül sorba van kötve az áramkörrel a munkatekerccsel.
Belső visszacsatolós MU használatakor a munkatekercsek bekapcsolása többirányú egyenirányító diódákon keresztül történik, a terhelés pedig a hálózati kapocs és a tekercs közös pontja között, azaz. az egyik félciklusban az egyik tekercsről táplálják a terhelést, a másik félciklusban pedig a második tekercsből állandó előjelű áram folyik minden működő tekercsben (ebben az esetben a tekercsek úgy vannak csatlakoztatva, hogy mágnesezettségük A fluxust egy irányba irányították), emellett mágnesezték a magot, és ezáltal tovább növelték az áramot a munkatekercsekben.
Mindkét esetben pozitív a visszacsatolás az MU vezérlőtekercsen az egyik polaritásirányban: a vezérlőáram növekedésével a mag mágneseződik, az üzemi áram növekszik, visszacsatolás segítségével még jobban mágnesezve a magot, ezáltal növelve. a kimeneti áram még nagyobb; a vezérlő tekercs ellentétes feszültségével az operációs rendszer negatívvá válik. Hogy. a terhelési karakterisztika aszimmetrikusabbá válik, az erősítés a fordított ágon nagyon kicsi lesz, az egyenesen jelentősen megnő, elérve az 1000-et, egyes esetekben akár a 3000 - 5000-et is.
Az áram irányának szabályozására nagy erősítéssel és nagyon lineáris terhelési karakterisztikával alacsony üresjárati áram mellett differenciális mágneses erősítőket használnak. A differenciál MU két MU kombinációja (OS, előfeszítő tekercsekkel), amelyek úgy vannak összekapcsolva, hogy egyrészt a munkatekercsei ellentétes irányban kapcsolódnak be, és terhelés csatlakozik hozzájuk, másrészt a terhelés a a táptranszformátor felezőpontja (a másik két kapocs betápláló tekercskör). Mindkét MU vezérlőtekercse ellentétes irányban sorba van kapcsolva, és a vezérlőfeszültség rákapcsolásakor az egyik mágneses erősítő a POS-el, a másik az OOS-el működik, ennek eredményeként a teljes karakterisztika közel lesz a karakterisztikához. A POS-sel működő MU-nak a vezérlőáram-modulus csökkenésével a POS-os MU intenzitása csökken, az OOS-s MU pedig nő, míg a karakterisztikája lineárisan nullára hajlik, az előjel megváltozásakor az MU szerepei változás, és a karakterisztikának az ellenkező tartományban is ugyanaz a linearitása. Hasonló DMU-k használhatók aszinkron villanymotorok vezérlésére, ezért néha reverzibilis MU-knak is nevezik őket.
| Jellegzetes | mágneses erősítő |
|---|---|
| Szabályozott áram | változó |
| Vezérlőáram | állandó vagy lassan változó |
| Érzékenység | 10-19 W _ |
| kimeneti teljesítmény | 500 MVA -ig |
| Egy szakasz nyeresége | 106 -ig |
| Üzemi hőmérséklet | 0 K és 500 °С között |
| Üzemi feszültség | nincs korlátozva |
A fő cél az elektromos hajtás vezérlése (általános az építőipari berendezésekben), háztartási váltakozó áramú feszültségstabilizátorokban , érintésmentes relékben, jelmodulációban , frekvencia megkettőzésére , mozi- és koncerttermek világítótesteinek dimmereiben is használatosak. , egy LEM-1 L.I. Gutenmacher bináris számítógépben és a " Setun " és " Setun-70 " hármas számítógépekben , N. P. Brusentsov , nagy teljesítményű villanymotorok vezérlése, például hengerművekben, dízelmozdony vezérlőáramköreiben [4 ] [5] [6] . A mágneses erősítőket az elektrotechnika és az elektronika számos területén felváltották az aktív félvezető eszközök , de még ma is számos területen használják őket.
A korábbiakhoz hasonlóan mágneses erősítőket használnak a nyúlásmérők egyenáramának erősítésére szolgáló rendszerekben . A hibrid eszközök, beleértve a miniatűr mágneses erősítőt és a szilárdtest-erősítőt is, alacsony nulla eltolódással és nagy pontossággal rendelkeznek.
A mágneses erősítő lehetővé teszi az egyenáramok érintésmentes mérését a tápvezetékekben. Az utóbbi időben egyre gyakrabban használnak ehhez kompaktabb Hall-érzékelőket .