32. Принцип действия магнитного усилителя
Принцип действия магнитного усилителя основан на том, что при изменении подмагничивающего тока Iу изменяется магнитная проницаемость ферромагнитного материала μ = dB/dH и индуктивность рабочей обмотки
где S, l – соответственно площадь поперечного сечения и длина силовой линии сердечника.
Зависимость Lp(Iу)[μ(Iу)] приведена на рис. 9.2, а (кривая 1). При I = 0 (H = 0) величина μ максимальна, так как максимальная скорость изменения индукции на основной кривой намагничивания B(H). С увеличением Iу происходит насыщение материала сердечника, крутизна кривой B(H) уменьшается и уменьшается величина μ. Зависимость Iн(Iу), которая называется нагрузочной характеристикой, имеет обратный вид (кривая 2), поскольку Iн = U/(ωL) . При Iу = 0 по нагрузке протекает ток холостого хода Iхх.
Для увеличения коэффициента усиления ky = Iн/Iу используется еще одна обмотки постоянного тока (обмотка смещения) wсм (см. рис. 9.1, а), которая обеспечивает постоянное подмагничивание сердечника (Uсм =const ), и нагрузочная характеристика смещается параллельно влево (кривая 3) или вправо. При этом возрастает kу (в области положительных значений Iу), но и увеличивается ток холостого хода.
Рис. 9.1. Схемы магнитных усилителей
Рис. 9.2. Характеристики магнитных усилителей
33. Магнитный усилитель с обратной связью. Бесконтактное магнитное реле.
Более эффективным средством повышения kу является применение обмотки положительной обратной связи wос, включаемой через выпрямитель в цепь нагрузки (рис. 9.1, б). В ней создается постоянная составляющая напряженности поля, которая действует согласно с напряженностью поля обмотки управления.
Коэффициент обратной связи
В сравнении с характеристикой простого усилителя (кривая 2) (рис. 9.2, б) нагрузочная характеристика магнитного усилителя с обратной связью (кривая 4) сдвигается влево с поворотом против часовой стрелки. Это увеличивает крутизну характеристики и, следовательно, коэффициент усиления. Угол поворота кривой и ее крутизна тем больше, чем больше kос. При kос > 1 скачкообразно изменяется ток нагрузки (кривая 5), и магнитный усилитель работает в релейном режиме.
Отличие бесконтактных элементов релейного действия от контактных реле состоит в том, что они воздействую на внешние цепи не в результате механического размыкания и замыкания контактов, а вследствие резкого изменения какого-либо параметра цепи (см. рис. 2.6) – активного сопротивления, индуктивности или емкости.
Бесконтактные реле имеют более высокую надежность из-за отсутствия подвижных частей (якорь) и их механического износа, а также из-за отсутствия контактов, кото-рые подвергаются интенсивному разрушению под действием искры и дуги. Отсутствие инерционных подвижных частей определяет также более высокое быстродействие бесконтактных реле и также независимость их работы от положения в пространстве. Последним свойством не обладает большинство контактных реле.
Важным достоинством бесконтактных реле являются их малые размеры. Особенно это касается элементов в микроэлектронном исполнении.
К наиболее типичным недостаткам бесконтактных реле по сравнению с контактными относятся их более высокая чувствительность к внешним электромагнитным влияниям, помехам, подверженность воздействию радиации, зависимость от качества электрического питания. Это требует применения экранов, фильтров и других защитных мероприятий. Для бесконтактных элементов характерен такой трудно обнаруживаемый отказ как сбой (кратковременная потеря работоспособности). В это смысле можно сказать, что контактные реле – менее “прихотливый”, более “грубый” элемент, который не требует настройки и не подвержен внешним помехам. По этой причине проблема создания бесконтактного реле I класса надежности с интенсивностью отказов λ= 10-12 - 10-14 1/ч более сложна, чем у контактных реле, где это достигается достаточно простыми конструктивными мерами. Важным качеством контактных реле является также то, что их состояние можно наблюдать визуально. Это облегчает контроль их работы и упрощает процедуры поиска отказов.
Еще один недостаток бесконтактных реле заключается в отсутствии полного гальванического отключения нагрузки, как это обеспечивают контакты. В результате этого в выключенном состоянии в цепи нагрузки может протекать некоторый ток холостого хода.
Бесконтактное магнитное реле (БМР) представляет собой магнитный усилитель, работающий в релейном режиме. Простейший магнитный усилитель (рис. 9.1, а) образуется из замкнутого ферромагнитного сердечника, на котором намотаны обмотки переменного тока (рабочая) wр, в цепь которой включены нагрузка zн, и обмотка постоянного тока (управления) wу. Входным током усилителя является ток управления Iу, а выходным – ток нагрузки Iн.
Рис. 9.3. Характеристики бесконтактного магнитного реле
В зависимости от наличия и значения тока смещения БМР может иметь три режима работы. При отсутствии тока смещения – получается режим с нормально замкнутым выходом (рис. 9.3, а). Если Iу = 0, то Iн = max, и нагрузка включена. Это соответствует работе тылового контакта (см. рис. 2.3, б). При определенном Iсм релейная характеристика смещается вправо так, что возникает режим с нормально разомкнутым выходом (рис. 9.3, б). Это соответствует работе фронтового контакта (см. рис. 2.3, а). Если Iсм таков, что ось Iн проходит по середине релейной характеристики (рис. 9.3, в), то БМР работает аналогично поляризованному реле в режиме с нейтральной регулировкой (см. рис. 6.2, б).
Достоинствами БМР являются высокая надежность, отсутствие контактов и подвижных частей, независимость работы от положения в пространстве, виброустойчивость, недостатками – наличие тока холостого хода, возможность коммутации только одной цепи нагрузки, сравнительно большие размеры и большое потребление энергии.