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

фициент усиления) изготавливать сердечники целесообразно из пермаллоев, обладающих прямоугольной петлей гистерезиса, 50НП и 65НП. Высокие свойст­

степени ухудшающих магнитные свойства материала, важно правильно выбирать

его толщину.

Допустимую толщину листа для пермаллоев можно определить по формуле (1.11), приведенной к виду

d, мм k/~\/f I

где I — частота, гц\ k — постоянный коэффициент.

Значения коэффициента k для различных марок

Рассмотрим метод расчета усилителя с обратной связью, выполненного на двух Ф-или Ш-образных сердечниках, набираемых из пластин (пакетов), или на двух кольцевых сердечниках. Из дальнейшего очевидно, что таким же образом можно рассчитывать и усилители на сердечниках О-образной формы, если счи-

Рекомендуется коэффициенты къ и ki брать равными тем значениям, которые имелись у исходного усилителя при снятии семейства кривых намагничивания.

Разделим и умножим правую часть формулы

Ос— 2 • 4 ,4 4 0 ,’р [ ь В с т

80

на I и выразим sh I через размер а:

Величины, входящие в формулу, находят следующим образом. Перед нача­ лом расчета обычно известны максимальная мощность управления Ру тах, мак­ симальная мощность Рц max или ток в нагрузке / н max. минимально допустимая мощность Рнтіп или ток в нагрузке /н. хх, частота и напряжение источника пи­ тания, активное сопротивление нагрузки. Предположим, что усилитель выпол­ нен по схеме рис. 3.3, а.

Прежде всего определяется напряжение Ua, которое надо подать на схему

Uc, которая остается приложенной к рабочим обмоткам усилителя и к выпря­ мителю при максимальном токе нагрузки.

Для снижения габаритов мощных усилителей целесообразно брать нижний предел этого коэффициента. Если на рабочем участке нужно получить высокую линейность характеристики, этот коэффициент правильно брать ближе к верхне­ му пределу, хотя в этом случае/н тах будет далек от тока короткого замыкания и габариты усилителя окажутся повышенными. Необходимый коэффициент трансформации питающего трансформатора определяется отношением напряже­ ния источника питания к напряжению Uc.

Габариты и вес усилителя, а также линейность характеристики вход—выход во многом зависят от расположения эллипса нагрузки на семействе кривых на­ магничивания, т. е. от выбора его полуосей Вс и Якз.

Чтобы вес и габариты усилителя были небольшими, индукцию Вс нужно

нейности характеристики вход—выход.

Если кратность изменения тока в нагрузке должна быть не меньше задан­

очевидное из пропорциональности токов и напряженностей.

Рабочую точку режима //тах Для мощных усилителей следует выбирать вбли­ зи нижнего «колена» кривой намагничивания (рис. 3.15, а). В этом заключается согласование усилителя с нагрузкой, обеспечивающее режим максимальной отда­

расположить возможно ближе к точкам, обозначенным на рис. 3.15, 6 крестика­ ми (в этих точках равенство Н^ср = //„ выполняется точно).

81

сердечников до стандартного значения, позволяет найти размеры стандартных пластин и толщину каждого сердечника усилителя.

Затем определяют число витков каждой обмотки

где /ег — длина средней линии сердечника

ки) с сердечником из пермаллоя 80НХС

Получив данные о размерах сердечников и числе витков рабочих обмоток, надо проверить, будет ли выдержано значение индукции Вс, которым задались в начале расчета, так как после округления размера а до стандартного значения фактическое значение Вс может измениться. Проверку производят по формуле

Uс 10*

с2-4,44fwp s'

где к'р — определенное по (3.59) число витков; s — фактическое сечение подо­ бранного сердечника.

Если значение Вс отличается незначительно от выбранного в начале расчета, им можно оперировать в дальнейшем при построении нагрузочных эллипса или прямой. Для сердечников из пластин можно изменить толщину пакета Ь так, чтобы сохранить величину Вс.

При расчете усилителей на стандартных кольцевых сердечниках рекоменду­ ется по выбранным (как указано ранее) Вст, Нщах и Uc определять объем и вес сердечника:

Uсайтах' I®4

82

Затем необходимо проверить, уместятся ли обмотки в окне сердечника или оно окажется незаполненным. Для этого следует определить (хотя бы приблизи­ тельно) площадь окна, которая требуется для размещения обмоток.

Сечение провода q^ рабочих обмоток можно найти по допустимой плотности тока /

9р = /н max//

и округлить до стандартного значения.

Допустимая плотность тока зависит от ряда факторов: геометрии сердечника, мощности усилителя, условий охлаждения, вида изоляции провода обмоток и т. п.

На рис. 3.16 приведена зависимость допустимой плотности тока от мощ­ ности усилителей при различной частоте [3].

Площадь окна для рабочей обмотки

Qp =1?р Шр/^ЗЯП!

где £зап — коэффициент заполнения окна медыо (рис.3.17) [6].

Рис. 3 16. Зависимость допустимой плотности тока в об­ мотках от мощности магнитного усилителя при различ­ ных частотах сети

Для кольцевых сердечников применяют провод в шелковой изоляции и типа ПЭВ.

Если в начале расчета задана или ограничена постоянная времени усилителя Т, что важно для работы усилителей в системах автоматического регулирования, можно определить наибольший коэффициент обратной связи из выражения (3.14):

связь не нужна; если £ос близок к единице, то точность расчета по кривым на­ магничивания рис. 2.9 может быть недостаточной и следует либо рассчитать уси­ литель с самонасыщением, либо перейти к двухкаскадному усилителю.

или больше найденного на 15—20%, чтобы можно было регулировать k00 по схеме рис. 3.3, а.

Сечение провода qoc равно сечению ?р, площадь окна для обмотки »ос-

Qoc = кос Qp■

Намагничивающую силу обмотки управления можно оценить, исходя из ос­ новного закона магнитного усиления:

//max ~ Нос + / / у

83

Мощность, которую необходимо подать в обмотку управления, зависит от размеров обмотки wy и н. с. Fyi

Определив по эскизу сердечников с обмотками среднюю длину витков об­ моток рабочей Iр и обратной связи /00, находят их сопротивление и вычисляют

Если напряжение Uc сравнимо с Ед, то напряженность Якз следует опреде­ лять с учетом падения напряжения на выпрямителе, рассматривая диод, как со­ четание противо-э. д. с. £ д и динамического сопротивления гд;

где п число последовательно включенных диодов в одном плече выпрямитель­ ного моста; /?р — активное сопротивление одной рабочей обмотки.

64

Задаваясь рядом значений напряженности Н^, вычисляют соответствующие им ординаты эллипса нагрузки

и, построив по точкам эллипс на семействе кривых намагничивания, графически

определяют характеристику вход—выход усилителя (см. § 2.4) без учета обрат­ ной связи.

В случае кривых намагничивания, близких к идеальным, можно вместо эллипса строить характеристику вход — выход по нагрузочной прямой, соответ­ ствующей «идеальному» усилителю (см. рис. 2.10, г).

Рис. 3.18. Определение напряженностей смеще­ ния и управления для усилителей:

а— нереверсивного; б — поляризованного

Спомощью линии обратной связи (см. рис. 3.2, б) перестраивают характе­ ристику с учетом обратной связи и по ней находят напряженности Нсш и Ну для нереверсивного, или поляризованного .усилителя (рис. 3.18) и н. с. соответст­ вующих обмоток:

Диаметр провода определяют по допустимой плотности тока / и, рассчитав сопротивление RCM обмотки wCM, определяют величину регулировочного сопро­ тивления

85

и сечение провода

ъио ом, ft — Р00 гц; коэффициент кратности тока в нагрузке kKfs не менее 10. Решение. Оценим порядок мощности усилителя на входе и выходе:

(/с= (1,2-г2,0)/н /?„ =

= 1,35 • 0,0085 - 11250=130 ».

По кривым намагничивания выбраны

Вот—0,45 тл; Нхх = 0,07 а/см; Нтах —0,75 а/см.

Коэффициент кратности

*кр = Дтах/^хх = 0,75/0,07 = 11,

т. е. удовлетворяет заданию. Определим отношение wp/l:

86

и остальные размеры кольцевого сердечника:

/ = fe; а = 20-0,7 = 14 см —НО мм',

£ * с р = / / л = 4 4 , 5 мм',

£*нар = ^ср + я = 4 4 , 5 + 7 = ■Л , 5 мм',

Dßn — D cp — а = 4 4 , 5 — 7 = 3 7 , 5 мм.

Найдем площадь окна для обмоток, учитывая, что внутренний диаметр бу­ дет уменьшен примерно на 2—3 мм за счет каркаса, в котором расположен сер­ дечник:

Число витков рабочей обмотки

аір = (о)р//)/ = 88-14 гк 1200 витков.

Сечение провода рабочей обмотки определяем по плотности тока, которую принимаем равной 4 а!мм2:

</р = /„ // = 0,0085/4 = 0,0021 мм2,

что соответствует диаметру провода 0,05 ~ 0,06 мм. Так как намотка такого провода сопряжена с технологическими трудностями, целесообразно использо­ вать провод большего сечения, например диаметром 0,12 мм в изоляции ПЭВ. Средняя длина витка по эскизу сердечника /р = 30 мм = 0,03 м, коэффициент заполнения, определенный по рис. 3.17 и уменьшенный вдвое, равен &зап ==• •= 0,27. Площадь, занимаемая рабочей обмоткой,

Рассчитаем точки эллипса нагрузки, сведя результаты в табл. 3.1. Построив эллипс на семействе кривых намагничивания, определим графически характе­ ристику вход—выход в масштабе напряженностей с учетом ОС.

87

Построения приведены на рис. 3.19. Для напряженностей //^ ср, соответст­

вующей / н = 8.5 ма, найдено //см = 0,06 а/см и //у = 0,15 аісм. Число витков обмотки управления

Сечение провода обмотки управления определим по формуле (3.72):

Выберем провод марки ПЭВ и округлим значение диаметра до стандартного dy = 0,16 мм; qy = 0,0201 мм2. Площадь окна, занимаемая обмоткой управле­ ния (ft3an = 0,3),

Число витков обмотки обратной связи w00 — шр = 1200 витков. Для регу­ лировки коэффициента ОС шунтируется 10% общего числа витков. Площадь окна для обмотки обратной связи Qoc я; Qp = 50 мм2.

Обмотка смещения должна создать н. с., равную

FCM= Hy / = 0,06-14 = 0,84 а.

Зададимся током смещения 5 ма. Тогда число витков обмотки смещения

0,84

= 170 витков.

h.5 1 0 - 3

Провод обмотки смещения такой же, как у рабочих обмоток, поэтому

Добавочное регулировочное сопротивление в цепи смещения

Целесообразно составить это сопротивление из постоянного сопротивления, равного примерно 20 ком, и переменного сопротивления 5 ком. Мощность, выде­ ляющаяся в регулировочных сопротивлениях, 0,0052-23400 = 590 мет.

Окно, занимаемое обмоткой смещения, не превышает 10 мм2. Суммарная площадь окна для обмоток

2 Q = QP + Qy + Qoe + Qcm = 50 + 560 + 50+ 10= 670 мм2,

что составляет 70% от общего окна сердечника. Оставшиеся 30% представляют

d < ~ v r = 1 Т Ж = 0 ’085 лиь

Рассчитаем усилитель на пермаллое толщиной 0,05 мм, динамическая кри­ вая размагничивания (ДКР) которого приведена на рис. 3.20.

88

По ДКР задаемся на линейном участке максимальным значением изменения

индукции Aßу max ^ 2,3 тл (точка она рис. 3.20), соответствующим холостому ходу.

Пусть точка Ь на рис. 3.20 в конце линейного участка ДКР соответствует наибольшему напряжению на нагрузке. Тогда коэффициент запаса для расчета

/Хх = Лі/^кр = 0,083/15 ж 0,0055 а.

Из анализа процесса в усили­ теле следует вывод, что амплитуда индукции

ßcm ~ Aßy max/2 = 2,3/2 = 1,15 тл,

ан. с. обмотки управления —

/у ш у ж Н с д ИН I .

Врежиме холостого хода (точ­ ка 2 характеристики вход — выход на рис. 3.6, а) можно считать, что

(см. рис. 3.5, 6)

/ у W у Ж Н с д и н п р е д 1

Задаваясь къ — 1 и кі = 20 по формуле (3.55), в которой отсутствует коэф­ фициент 2 в знаменателе из-за удвоенного числа витков рабочих обмоток (см. s 3.1), рассчитаем основной размер сердечника:

180-ІО4

: 0,7 см.

500-100-1-20-1,17

аостальные размеры, следовательно, совпадают с размерами примера 3.1.

89