Номинальная мощность в нагрузке 30 (Вт);

Сопротивление нагрузки 40 (Ом);

Номинальная мощность входная …...0,0004 (Вт);

Номинальный ток входной 0,0002(А);

Частота источника напряжения питания……………………….50 Гц;

Напряжение питания……………………………….…....……….~220 (В);

Максимальная температура окружающей среды…………………….40°С

Материал магнитопровода в соответствии с номинальной мощностью 34НКМП-0,02;

Форма магнитопровода тороидальная.

Министерство образования и науки Украины

Севастопольский национальный технический университет

Кафедра технической кибернетики

КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

На тему «Магнитный усилитель с самоподмагничеванием»

По дисциплине «Электромагнитные устройства автоматики»

(РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА)

Разработал: студент гр. А-43з

Брусинов С.Э.

Севастополь 2007

1 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО МУС

Рассмотрим работу элементарной схемы (рис. 1, а), которая является основой всех схем усилителей с самонасыщением. Пусть напряжение, питающее рабочую цепь схемы u_c, синусоидально (рис. 1, г), а вентиль Д - близок к идеальному. остановимся на режиме вынужденного намагничивания при I_y = const, создающем напряженность H_y.

Рисунок 1. - принцип работы МУС

Работу схемы удобно разделить на рабочий полупериод, когда напряжение схемы u_c стремится закрыть вентиль, а индукция приобретает значение, соответствующее напряженности управляющего сигнала H_y.

Примем за исходное положение рабочую точку 1 на статистической петле гистерезиса (рис. 1, б). Предположим сначала (для упрощения), что точка 1 совпадает во времени с началом рабочего полупериода.

Под действием напряжения u_c, приложенного к обмотке w_p, через открытый в рабочий полупериод вентиль проходит ток i_p, создающий напряженность H_p (рис. 1, а и б), направленную противоположно напряженности H_y и заставляющую рабочую точку перемещаться по частному циклу на участке 1 - 2. При этом питающее напряжение почти полностью уравновешивается на данном участке ЭДС e (рис.1, г), наводящейся в обмотке w_p. Скорость изменения индукции dB/dt в каждый момент времени определяется мгновенным значением этой ЭДС, а напряженность - частным циклом динамической петли гистерезиса. Ток i_p, пропорциональный напряженности H_p, создает небольшое падение напряжения (заштриховано на рис. 1, г) на суммарном активном сопротивлении рабочей цепи, состоящем из сопротивления нагрузки R_н, активного сопротивления рабочей обмотки R_р и активного сопротивления вентиля в открытом состоянии R_д:

R = R_н + R_p + R_д (1)

В момент времени, обозначенный _s на рис.1, индукция достигает насыщения (точка 2 на рис.1, д) и, следовательно, престает изменяться. ЭДС е падает до нуля, переставая уравновешивать напряжение u_с . Ток i_p скачком возрастает (участок 2 - 3 на рис.1, е) и напряжение u_с в оставшуюся часть рабочего полупериода полностью уравновешивается падением напряжения на суммарном активном сопротивлении рабочей цепи. При этом рабочая точка перемещается по насыщенному участку петли гистерезиса (принятому горизонтальным) сначала на участке 2 - 3 (рис. 1, б), а затем по мере уменьшения напряжения u_с и пропорционального ему тока i_p на участке 3 - 4, достигая в точке 4 начала нисходящего (вертикального) участка статической петли.

Казалось бы, что ток i_p в рабочей цепи должен прекратиться и вентиль запереться в момент перехода питающего напряжения через нуль. Однако, начиная с момента 4, под действием разности напряженностей H_y - Н_p (имеются в виду их абсолютные значения) сердечник начинает размагничиваться, т.е. рабочая точка опускается по нисходящему участку петли гистерезиса (участок 4 - 5 на рис. 1, б). Индукция на этом участке изменяется и в обмотке w_p наводится ЭДС, поддерживающая ток i_р в рабочей цепи (рис. 1, г, д и е).

Когда напряжение u_с (оно отрицательно в управляющий полупериод и стремится запереть вентиль) будет по абсолютной величине больше ЭДС е, вентиль запрется и ток i_р прекратится (точка 5). На участке 5 - 6 сердечник находится под действием только H_y, которая и определяет скорость изменения индукции на этом участке. При принятой прямоугольной аппроксимации петли гистерезиса эта скорость B/t (а значит, и ЭДС е) будет постоянной и ее величина будет определяться шириной динамической петли в точке H_y = Н_{с. дин}.

К Концу управляющего полупериода, когда напряжение u_c становится меньше ЭДС е (рис. 1, г), вентиль снова может открыться (точка 6) и появится ток i_р. Разность напряжений Н_y - H_p будет уменьшаться, а скорость изменения индукции и ЭДС - снижаться (участок 6 - 1), пока в точке 1 индукция не достигнет статической петли гистерезиса и ЭДС в обмотке w_p не обратится в нуль. Таким образом, процесс размагничивания может закончиться (точка 1) лишь в начале следующего, рабочего полупериода.

Назовем выходным напряжением падение напряжения, создаваемое током i_p на суммарном активном сопротивлении рабочей цепи (1). Управление этим напряжением происходит следующим образом. При большем (по абсолютному значению) токе, а значит, и напряженности управления размагничивание будет происходить по более широкой петле гистерезиса и с большей скоростью изменения индукции, тока 1 в управляющий полупериод опустится ниже и в рабочий полупериод индукция дольше будет находится на участке 1- 2. Рабочая точка позднее достигнет точки насыщения 2, угол _s увеличится и выходное напряжение (заштрихованная площадь) станет меньше.

На рис. 1, б пунктиром показано перемещение рабочей точки по предельному для данной частоты питающего напряжения циклу, при котором в точке 1' индукция достигает насыщения B_s . Ширина предельного цикла характеризуется напряженностью H_{c дин.пред.} . В этом случае, очевидно, ЭДС рабочей обмотки уравновесит наибольшую возможную часть напряжения U_c и выходное напряжение станет минимальным (режим холостого хода).

При уменьшении по абсолютному значению тока управления напряжение на выходе возрастает, достигая наибольшего значения при напряженности H_y, соответствующей точке 4, когда рабочая точка будет перемещаться только по насыщенному горизонтальному участку петли 4 - 3 - 4, не достигая нисходящей ее части. Выходное напряжение будет оставаться наибольшим и при H_y 0, потому что размагничивания в управляющий полупериод происходить не будет.

В рассмотренной элементарной схеме в обмотке w_y наводится переменная ЭДС. Для ее уменьшения магнитные усилители с самонасыщением выполняют из двух элементарных схем (рис. 2). Обмотки w_р и диоды соединят так, чтобы в одно и то же время один из сердечников находился в состоянии управляющего полупериода, а другой - рабочего. Так как кривые изменения индукции в рабочий и управляющий полупериоды близки по своему характеру (рис. 1, д) и направлены в противоположные стороны, то их действие на обмотку управления частично компенсируется и в ней наводятся только четные гармоники ЭДС, а основная и нечетная гармоники подавляются, как в дроссельном усилителе.

Если усилитель работает в режиме вынужденного намагничивания, то можно считать, что процессы в каждом сердечнике аналогичны рассмотренным на рис.1, но сдвинуты на полпериода.

ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ МУС