18. Усилительно-преобразовательные элементы. Классификация (По виду выходного сигнала, по роду используемой энергии, по уровню выходной мощности).

Усилительно-преобразовательные элементы (УПЭ) предназначены для усиления по уровню/мощности выходных сигналов датчиков, управляющих и исполнительных элементов, а также для различных преобразований сигналов, в частности, ограничения их по уровню, нормирования, суммирования, фильтрации, аналого-дискретного преобразования и др.

Важнейшими элементами в группе УПЭ являются усилители. В системах автоматики применяются разнообразные усилители сигналов, классифицируемые следующим образом:

По виду выходного сигнала: Аналоговые с линейной статической характеристикой; Дискретные с релейной характеристикой.

По роду используемой энергии: Электрические (электронные, магнитные, электромагнитные);

Пневматические; Гидравлические.

По уровню выходной мощности: Малые (единицы Вт); Средние (десятки Вт); Мощные(десятки кВт).

С татические свойства усилителей характеризует коэффициент усиления:

а) по уровню , где Δх и Δу – приращения входного и выходного сигналов усилителя;

б) по мощности , где ΔРх и ΔРу – приращения мощностей входного и выходного сигналов.

Динамические свойства усилителей описываются переходными/передаточными функциями. Мерой их инерционности является постоянная времени.Как правило, к усилителям предъявляются требования малой инерционности и больших значений коэффициента усиления.

19. Магнитные усилители (Однотактные, с самоподмагничиванием, двухтактные магнитные усилители).

Магнитные усилители (МУ) нашли широкое применение в системах автоматики электроприводов благодаря таким достоинствам, как высокий коэффициент усиления по мощности (10³ – 10⁵), потенциальное разделение входных и выходных сигналов, большой срок службы, простота устройства и высокая надежность работы. МУ используются в качестве усилителей сигналов датчиков, усилителей мощности в выходных каскадах систем управления, сумматоров сигналов с потенциальным их разделением, бесконтактных реле, логических элементов. Ниже рассматриваются различные схемные варианты исполнения магнитных усилителей.

Простейший МУ представляет собой два дросселя с подмагничиванием и замкнутыми ферромагнитными сердечниками, рабочие обмотки которых соединены последовательно и встречно, а обмотки подмагничивания расположены так, что охватывают оба сердечника этих дросселей.

Нагрузка Rн включается последовательно с рабочими обмотками в цепь источника переменного тока. Входным сигналом МУ является сигнал от источника постоянного тока, подаваемый на обмотку управления, а выходным сигналом – ток нагрузки. Потоки Ф₁ и Ф₂, создаваемые током Iн в обмотках W_P1 и W_P2 действуют встречно на обмотку W_У, благодаря чему компенсируется влияние переменного магнитного поля на обмотку управления.

Схема (а) и статическая характеристика (б) простейшего однотактного магнитного усилителя: W_P1 и W_P2 – рабочие обмотки дросселя; Rн – сопротивление нагрузки, W_У – обмотка подмагничивания (управления); Iу, Uу – ток и напряжение входного сигнала (сигнала управления); Iн – ток нагрузки.

Магнитные усилители с самоподмагничиванием (с внутренней обратной связью по току нагрузки) не требуют специальной обмотки Wос: эффект, аналогичный введению внешней ПОС, достигается включением диодов VD1,VD2 последовательно с рабочими обмотками. Теперь по ним протекает однополупериодный выпрямленный ток, постоянная составляющая которого создает МДС, пропорционально току нагрузки.

Принципиальная электрическая схема однотактного МУ с самоподмагничиванием и с выходом на постоянном токе в нагрузке.

Использование в МУ с самоподмагничиванием внешней ПОС и смещения позволяет осуществить релейный режим работы усилителя и использовать его в качестве бесконтактного реле, либо преобразователя непрерывного сигнала в дискретный.

Двухтактные МУ применяют, когда необходимо иметь реверсную статическую характеристику и равный нулю ток холостого хода. Для этого используют два однотактных МУ и включают их по схеме суммирования напряжений либо токов. Наиболее распространены дифференциальные и мостовые схемы с суммированием токов. В дифференциальных схемах для питания МУ используют трансформатор со средней точкой вторичной обмотки, в мостовых – балластные резисторы для образования моста.

Мостовая схема (а) и статические характеристики (б) двухтактного МУ с выходом на постоянном токе в нагрузке: А1, А2 – однотактные МУ; R_б1,R_б2 – балластные резисторы.

При таком соединении обмоток Wу и Wсм с ростом входного сигнала Iу в положительном направлении ток I₁, создаваемый усилителем А1 в нагрузке, будет возрастать, а ток I₂ усилителя А2 – падать, а при росте тока Iу, в отрицательном направлении изменение токов будет обратным. Ток в нагрузке Iн = I₁ – I₂ в рабочей зоне изменяется пропорционально току в обмотке управления, а его направление определяется знаком (полярностью) входного сигнала.