книги из ГПНТБ / Миловзоров, В. П. Электромагнитные устройства автоматики учебник

ной записи, где в процессе работы головка непрерывно трется о по­

верхность ленты.

Ферриты представляют собой неметаллические магнитные мате­ риалы (твердые растворы), изготовляемые из смеси окислов железа с окислами магния, меди, марганца, никеля и других металлов. Об­ щая формула ферритов имеет вид МеО • Fe20 3, где Me — тот или иной металл.

Для сердечников цифровых магнитных устройств широко применя­ ют б и ф е р р и т ы, т. е. ферриты с двумя характеризующими метал­ лами, например, магний-марганцевые или литий-натриевые ферриты,

Окислы измельчают и смешивают в определенной пропорции. Сер­ дечники необходимых размеров и конфигураций прессуют из получен­ ной смеси при давлении 10—30 кнІсмг (1—о Т/см?) и отжигают при тем­ пературе 1200—1400° С. Готовые сердечники серовато-черногб цвета имеют высокую твердость, но довольно хрупки/Обмотки обычно нама­ тывают непосредственно на ферритовые кольца без дополнительной изоляции последних.

В зависимости от состава смеси и технологии изготовления сердеч­ ников можно получить различные магнитные свойства. Прямоугольную петлю гистерезиса имеют магний-марганцевые ферриты, которые и получили преимущественное распространение в автоматических, вы­ числительных и измерительных устройствах дискретного действия. Наиболее распространены ферриты марок ВТ (1,ЗВТ, 0 ,16ВТ и др.).

Магний-марганцевые ферриты имеют относительно низкую точку Кюри (140—300° С), что обусловливает значительное изменение их магнитных параметров при нагреве. Ферриты на базе лития, имеющие точку Кюри 450—530° С, имеют значительно лучшие температурные характеристики.

30

В отличие от металлических ферромагнетиков, ферритам не свой­ ственна текстура, их магнитные свойства одинаковы во всех на­ правлениях, а прямоугольность петли гистерезиса определяется только химическим составом (рис. 1.14) и режимом термообработки.

Удельное электрическое сопротивление ферритов в миллионы раз больше, чем металлических ферромагнетиков, что практически устра­ няет вихревые токи. Это позволяет перемагничивать ферриты с часто­ той порядка сотен килогерц и обеспечивать высокую скорость выпол­ нения операций современных электронных управляющих и вычисли­

Глава II

ПРОСТЕЙШИЕ ДРОССЕЛЬНЫЕ МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

§ 2.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, КОНСТРУКТИВНЫЕ ВАРИАНТЫ И ОБОЗНАЧЕНИЯ МАГНИТНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Наиболее распространенным видом электромагнитных устройств аналогового типа являются м а г н и т н ы е у с и л и т е л и .

Рассмотрим простейший дроссельный магнитный усилитель, назы­ ваемый часто управляемым дросселем. На рис. 2.1, а представлена цепь, состоящая из сопротивления нагрузки Rn и рабочей обмотки* wp сфер-

* В литературе встречаются и другие ее названия: обмотка переменного тока ге>_, нагрузочная обмотка wB.

31

ромагнитным сердечником. Цепь подсоединена к источнику перемен­ ного напряжения схемы U0. Если считать сопротивление рабочей об­ мотки чисто индуктивным Хр, а ток — близким к синусоидальному, то

Сопротивление Хр определяется индуктивностью рабочей обмотки

I = w\l д

зависящей от возвратной магнитной проницаемости [хвозвр материала сердечника, основная кривая намагничивания которого приведена на

деляемый магнитной проницаемостью симметричного частного цикла около точки 1 и соответствующим ей сопротивлением Хр. При этом большая часть напряжения схемы приложена к обмотке дар и уравнозешивается э. д. с. самоиндукции этой обмотки; амплитуда изме­ нения индукции сердечника £Ц — максимальна.

Появление тока управления /у вызывает появление напряженности постоянного магнитного поля //_; частный цикл кривой намагничи­ вания становится несимметричным и перемещается по мере возраста­ ния тока управления из положения 1 в положение 2, а затем 3. Если за возвратную магнитную проницаемость несимметричного частного

32

Hoft линией на рис. 2.2, б); при сборке обе части сердечника вставляют в катушку

н стягивают хомутом.

На рис. 2.2, в представлен конструктивный вариант, осуществляемый на двух Ш-образных или Ф-образных сердечниках из пластин с просечкой. Отги­ бая средний стержень Ф-образных пластин, можно вставить их в предварительно намотанную систему катушек, которая состоит из двух рабочих обмоток, охва­ ченных обмоткой управления.

Рис. 2.2. Конструктивные варианты магнитных усилителей:

а — на двух П-образных сердечниках; б —-на двух О-об- разных сердечниках; в — на двух Ф-образных сердеч­ никах; г — на двух кольцевых сердечниках; д — усили­ тель с параллельно соединенными обмотками; е — уси­ литель с выходом постоянного (выпрямленного) тока

Во всех перечисленных конструктивных формах обмотки делают сосредото­ ченными и выполняют отдельно от сердечников, что упрощает изготовление уси­ лителей. Сердечники для сборки должны быть разъемными, но при этом неиз­ бежны воздушные зазоры в местах разъемов или'стыковки пластин сердечника.

В конструктивном варианте на кольцевых (тороидальных) сердечниках (рис. 2.2, г) воздушного зазора нет. Такие сердечники могут быть или набраны из штампованных листовых колец при использовании изотропного материала, или свиты из ленты в случае текстурованного материала подобно плотно скру­ ченной часовой пружине. Обмотки равномерно размещают по всей окружности

34

сердечников и наматывают на собранные готовые сердечники с помощью специаль­ ных намоточных станков.

Благодаря преимуществам ленточных сердечников (отсутствие зазоров, ма­ лые отходы материала и использование его текстуры путем нарезки Ленты вдоль направления легкого намагничивания) их широко применяют в устройствах, где необходимы усилители небольшой мощности, но высокого качества.

Во веек конструктивных вариантах две рабочие обмотки соединяют так, чтобы переменные магнитные потоки в сердечниках были направлены встречно

рис. 2.3, а, для усилителей на одном сердечнике и магнитных элементов дискрет­ ных устройств и на рис. 2.3, б для магнитных усилителей на двух сердечниках. При этом предполагается, что усилитель, изображенный на рис. 2.3, б, может быть выполнен в любом конструктивном варианте. В ЕСКД для магнитных уси­ лителей принято обозначение, приведенное на рис. 2.3, в (точки означают начала обмоток).

§ 2.2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МАГНИТНОМ УСИЛИТЕЛЕ

СИДЕАЛЬНОЙ КРИВОЙ НАМАГНИЧИВАНИЯ СЕРДЕЧНИКОВ

ИВЛИЯНИЕ НА НИХ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЦЕПИ УПРАВЛЕНИЯ

В§ 2.1 объясняется принцип действия магнитного усилителя для случая, когда амплитуда индукции, пропорциональная Uc, значитель­ но меньше индукции насыщения. Это означает, что свойства магнит­ ных материалов используются не полностью. Подобное объяснение не позволяет показать преимущества материала с прямоугольной кривой намагничивания и получить количественную связь между управляю­ щим [у и рабочим /_ токами.

Рассмотрим процесс уравновешивания напряжения в рабо­ чих обмотках в схеме рис. 2.4, а, который зависит от относительного сопротивления цепи управления. Сначала остановимся на случае, ког-

да Zy -v оо, что достигается включением в цепь управления достаточно большой индуктивности L. При этом переменные составляющие тока не могут протекать по обмотке wy даже при наличии в ней переменной э. д. с., и постоянный ток / у создает неизменную во времени напря­ женность Я _ подмагничивающего поля*.

Предположим, что приложенное к рабочим обмоткам напряжение меняется по косинусоиде. Если активное сопротивление обмоток пренебрежимо мало, то напряжение уравновешивается только э. д. с., для чего индукция в сердечниках должна меняться по синусоиде, т. е!

сердечников сдвинуты в области насыщения так, что индукция первого сердечника равна+ßs, а второго—Bs (исходные точки на рис. 2.4, б и в обозначены 0).

Рассмотрим положительный полупериод переменного тока. Созда­ ваемая им напряженность Я_ в первом сердечнике (рис. 2.4, в) скла­ дывается с напряженностью Я_. В этот полупериод рабочая точка первого сердечника перемещается вправо от начальной точки 0 по го­ ризонтальной ветви кривой намагничивания (точки 1,2,3 на рис. 2,4 в), и индукция Вг изменяться не может, так как она остается равной индукции насыщения + B S (рис. 2.4, в и д). Следовательно, рабочая об­ мотка первого сердечника в положительный полупериод э. д. с. не создает.

Во втором сердечнике в этот же полупериод из напряженности Я_ вычитается Я_ (рис. 2.4, б), рабочая точка второго сердечника, перемещаясь вправо от точки 0, достигает вертикального участка кри­ вой намагничивания, поэтому индукция В2 может изменяться. Она изменяется по пути 1-2-3-2-1 (рис. 2.4, б, д) так, что в рабочей обмотке второго сердечника наводится э. д. с., уравновешивающая приложен­ ное к рабочим обмоткам напряжение LL,.

В следующий, отрицательный полупериод переменного тока сер­ дечники меняются ролями, как видно из рис. 2.4, в и д , где точки 4-S-6-5-4 показывают изменение индукции первого сердечника. Таким образом, напряжение, приложенное к усилителю, уравновешивается попеременно то первой, то второй рабочей обмоткой.

ными гармониками тока, что поясняется в дальнейшем.

36

Кривую напряженности описанного процесса можно постро­ ить по точкам. Кривые напряженности Н^, а значит и тока в рабочих обмотках, имеют прямоугольную форму (рис. 2.4, е). Такая форма объя­ сняется тем, что скачок напряженности Н^ должен «вернуть» рабо­ чую точку того или иного сердечника на вертикальный участок кри­ вой намагничивания, где только и может изменяться индукция, соз­ давая э. д. с. Переход от отрицательного полупериода напряженности к положительному в этих условиях с принятыми допущениями со-

Рис. 2.4. Процессы в магнитном усилителе при большом сопротивления цепи управления (Z-*-oо)

вершается мгновенно, так как в противном случае рабочие точки обоих сердечников в конце одного и начале другого полупериода одновремен­ но находились бы на горизонтальных участках кривых намагничива­ ния и э. д. с. не наводилась бы ни в первой, ни во второй рабочей обмотке. Напряжение U^, не уравновешенное э. д. с., заставляет ток скачком переходить от одного полупериода к другому.

Из рис. 2.4, б и в очевидно, что величина скачка напряженности /Я , характеризующаяся средним за полупериод значением напря­ женности переменного поля, определяется величиной напряженности

37

В этом режиме рабочие точки сердечников перемещаются лишь по горизонтальным участкам кривых намагничивания (рис. 2.5, г), э. д. с. не создается, и, несмотря на протекание по обмоткам wp тока Іт, воз­ никает эффект короткозамкнутых рабочих обмоток.

Таким образом, при идеальных кривых намагничивания сердечни­ ка характеристика вход — выход усилителя имеет вид, приведенный на рис. 2.5, <5, и ее линейный участок при равных масштабах по осям

и #_ идет под углом 45° к ним.

Рис. 2.6. Процессы в магнитном усилителе при отсут­ ствии тока управления

На рис. 2.4, ж построена зависимость во времени индукции потока, охватываемого обмоткой управления. Эта индукция

By = В і—ß 2.

Путем графического дифференцирования кривой В у можно по­ строить кривую э. д. с. еу (рис. 2.4, з), индуктируемой в обмотке управления. Из гармонического анализа известно, что кривая такой формы состоит из четных гармоник. Следовательно, встречное вклю­ чение рабочих обмоток не избавляет полностью обмотку управле­ ния от наведения в ней переменных э. д. с., так как вторая и другие четные гармоники э. д. с. остаются.

В изложенном случае протеканию по цепи управления четных гар­

39