а) Рабочий процесс и статическая характеристика магнитного усилителя с прямоугольной кривой намагничивания сердечников

Для магнитного усилителя с двумя сердечниками, имеющими прямоугольные кривые намагничивания, возможны лишь следующие состояния; 1) оба сердечника не насыщены; 2) один сердечник насыщен, а другой не насыщен; 3) оба сердечника насыщены.

Для магнитного усилителя со свободными четными гармониками рабочий процесс заключается в чередовании ненасыщенного состояния обоих сердечников с насыщением одного из сердечников. Таким образом, цикл работы может быть записан в виде

Уравнения напряжений в цепях управляющих и рабочих, обмоток (рис. 4-1) имеют вид:

где постоянное или медленно меняющееся управляющее напряжение; ток в рабочей обмотке, имеющей витков; — переменное напряжение питания; активные сопротивления обмотки управления и рабочей обмотки; магнитные потоки в сердечниках I и II (рис. 4-1).

Напряженность поля для сердечника I определяется соотношением

где I — длина силовой линии. Аналогично для сердечника II

Ненасыщенное состояние сердечника с прямоугольной кривой намагничивания может иметь место только, если напряженность поля в этом сердечнике равна нулю, т. е. для сердечника

и для сердечника II

Для состояния 1, когда оба сердечника не насыщены, из следует и уравнения принимают вид:

Управляющее напряжение постоянно (или медленно меняется) и относительно мало. Поэтому сумма потоков [см. (4-4)]

в интервале ненасыщенного состояния 1 медленно меняется, оставаясь почти постоянной.

Рис. 4-3. Процессы в магнитном усилителе со свободными четными гармониками и прямоугольной кривой намагничивания.

Переменное напряжение и синусоидально, и разность потоков

в течение интервала ненасыщенного состояния обоих сердечников меняется по косинусоидальному закону.

На рис. 4-3 представлены кривые процессов в магнитном усилителе на сердечниках с прямоугольной кривой намагничивания, работающем в режиме свободных четных гармоник. Участок соответствует состоянию 1 оба сердечника не насыщены. Потоки на этом участке меняются практически по гармоническому закону, причем поток возрастает, -уменьшается. Угол носит название угла насыщения.

При частота питания) происходит насыщение сердечника и усилитель переходит в состояние 2, когда один сердечник насыщен, а другой не насыщен. В данном случае насыщен сердечник и

сердечник II не насыщен и

Полагая в уравнении получаем:

Эти уравнения полностью аналогичны уравнениям трансформатора, причем рабочую обмотку можно считать первичной, а обмотку управления — вторичной. По условию сопротивление переменному току (четным гармоникам) в цепи управления мало. Вследствие этого величина незначительна и можно принять:

Это аналогично короткому замыканию вторичной обмотки трансформатора. При этом согласно Таким образом, в интервале от до

В начале этого интервала токи возникают скачком, а в конце интервала при обращаются в нуль.

При начинается новый интервал ненасыщенного состояния обоих сердечников. Этот интервал заканчивается в точке насыщением сердечника II. В интервале

В точке оба тока обращаются в нуль и процесс повторяется.

Таким образом, рабочий процесс магнитного усилителя с прямоугольной кривой намагничивания и свободными четными гармониками состоит в смене состояния 1, когда вследствие бесконечных индуктивных сопротивлений токи отсутствуют, и состояния 2, когда осуществляется трансформация при коротком замыкании вторичной (управляющей обмотки.

Рис. 4-4. Характеристика однотактного магнитного усилителя с прямоугольной кривой намагничивания сердечников, работающего в режиме свободных четных гармоник.

Итак, для любого момента времени справедливо соотношение

или

Отсюда следует:

где среднее за период напряжения питания значение тока в управляющей обмотке; — среднее значение тока рабочей обмотки.

Равенство намагничивающих сил (н. с.) в режиме свободных гармоник имеет до тех пор, пока н. с. не достигнет максимального возможного значения

При дальнейшем увеличении сердечники остаются насыщенными, а н. с. - равной предельному значению. Характеристика однотактного магнитного усилителя с прямоугольной кривой намагничивания сердечников, работающего в режиме свободных четных гармоник (представлена на рис. 4-4. Для (работы на участке пропорциональности этой характеристики вводят н. с. подмагничивания создаваемую обычно специальной обмоткой. Характеристика однотактного магнитного усилителя с прямоугольной кривой намагничивания сердечников принимает при этом вид, представленный на рис. 4-5.

Рис. 4-5. Характеристика одротактного магнитного усилителя при наличии ампер-витков подмагничивания.

Из соотношения видно, что равны не только средние значения н. с., но и действующие (среднеквадратичные) значения н. с.

Отношение носит название коэффициента формы.

Вводя коэффициент формы соотношение записываем в виде:

Активная мощность, выделяемая в нагрузке, равна:

Активная мощность, затрачиваемая сигналом управления, выражается формулой

Таким образом, коэффициент усиления по мощности на участке пропорциональности равен:

Реальная характеристика магнитного усилителя отличается от теоретической и, имеет форму, показанную на рис. 4-6.

Рис. 46. Реальная характеристика магнитного усилителя.

Это отличие обусловлено частичным подавлением четных гармоник (изгиб, предшествующий участку насыщения) и отличием кривой намагничивания от прямоугольной (участок малых ампер-витков). Однако в средней части пропорционального участка основное соотношение обычно выполняется с достаточной точностью.

Это имеет место и для режима» при котором подавляются четные гармоники. Можно показать, что в последнем случае пропорциональность сохраняется вплоть до значения составляющего 0,845 от максимальной н. с. рабочих обмоток.