Преобразовав полученное дифсзеренциальное уравнение первого порядка с постоянными коэффициентами, по Лапласу, запишем

. Е,1р = 1, (р) г, + [w\rj{wlf)] [р/у (р) - (2.26)

где /у (р) - изображение**искомого тока управления; /уо - его начальное значение в момент включения э. д. с, т. е. при со/ = 0. Приняв /уо = О, найдем изображение интересующего нас тока:

/у (р) £у/р [Гу + pwrJiwlAf)] = /у/[р (1 + рт)], (2.27)

где /у = Еу/Гу - установившееся значение тока управления; т = = WyfJ {Щгу) - постоянная времени цепи управления.

Обратное преобразование Лапласа, примененное к (2.27), дает выражение тока управления, как явной функции времени:

iy.ep=/y(l-e-/-). .(2.28)

Ток обмотки управления нарастает по экспоненциаль;ному закону с постоянной времени т, причем эта постоянная времени зависит как от нагрузки усилителя, так и от общего сопротивления в его цепи управления Гу. Сопротивление Гу - Ry -\- Ry включает и выходное сопротивление источника сигнала.

Запишем выражение для постоянной времени усилителя так, чтобы выделить в нем член, определяющий влияние сопротивления источника сигнала:

х = -

Собственная постоянная времени усилителя Ту зависит лишь от элементов схемы усилителя. Постоянная времени усилителя в схемет всегда меньше, чем Ту. Однако улучшение быстродействия, вызванное увеличением сопротивления источника сигнала, приводит к уменьшению чувствительности усилителя к изменениям э. д. с. источника сигнала Еу.

Отношение коэффициента усилителя по мощности kp к его собственной постоянной времени,называемое добротностью усилителя, на основе (2.29) и (2.22) получается постоянной величиной:

kp/Xy4fRjr,4f, . (2.30)

зависящей лишь от частоты тока питающей сети f - ю/ (2л). Такое соотношение удобно для оценки возможностей усилителя. .При частоте тока, питающей сети 50 Гц, добротность любого усилителя получается равной 200 1/с, а это показывает, что любой магнитный усилитель с. коэффициентом усиления по мощности 200 будет иметь постоянную времени, равную 1 с. Усилитель с таким же усилением, но работающий от сети f = 500.Гц, будет иметь постоянную времени уже 0,1 с.

Улучшение показателей магнитных усилителей с ростом частоты его источника питания является одной из причин, стимулирующих применение источников, работающих на повышенной частоте. Все

больше для питания магнитных усилителей используют сеть переменного напряжения не гармонической, а прямоугольной ({зормы (рис. 2.6, а). Основные показатели магнитного усилителя (коэффициенты усиления, добротность) при смене формы напряжения не изменяются, но зависимость угла насыщения от тока управления становится линейной.

Выбрав амплитуду переменного напряжения по условию

Em = 8wJSBs

(2.31)

получим изменения индукции в сердечниках усилителя за половину периода от -до -{-Bs (рис. 2.6, б). Ток в силовых обмотках и обмотке управления получается в виде прямоугольных импульсов с длительностью я - а и амплитудами Em/r, и w,Ej К^и) (рис. 2.6, в, г).

Среднее за полпер1юда напря,-жение на нагрузке в этом случае будет В

[; .,р = £т(я-а)адлг.,), (2.32)

что и определяет уже отмеченную линейную, зависимость а от тока управления, / . Следует только заметить, что /у определяется, как'-и ранее, шотношением

Iy-V...,wJiWyr,). (2.33)

Рис. 2.6

Эта особенность магнитного усилителя с питанием от напряжения прямоугольной формы используется,- когда необходимо преобразовать изменения постоянного напряжения в изменение временного интервала в импульсной последовательности или, иначе говоря,

скважности импульсной последовательности. Такая необходимость возникает в ряде схем стабилизаторов напряжения и в ци(}зровых вычислительных устройствах.

Магнитный усилитель в режиме вынужденного намагничивания применяют ограниченно, так как он не имеет заметных преимуществ в сравнении с усилителями, работающими в' режиме свободного намагничивания. Только в тех случаях, когда он используется как модулятор, удобство съема модулированного напряжения заставляет Отдавать предпочтение схемам магнитного усилителя с большим сопротивлением в цепи управления для переменного тока.

Магнитный модулятор - преобразователь постоянного напряжения в переменное. Необходим он для построения высокочувствительных усилителей постоянного тока. Модулятор преобразует спектр

усиливаемого сигнала и выносит его из области частот, примыкающей к нулю, где аномально велики шумы и электронных ламп и транзисторов (дрейф нуля), в область частот порядка сотен герц. Именно это и позволяет построить высокочувствительный усилитель постоянного тока.

§ 2.3. Обратная связь в магнитных усилителях

Для улучшения характеристик магнитного усилителя широко применяют обратную связь. В самом простом случае цепь обратной связи представляет собой дополнительную обмотку, нанесенную на сердечники таким же способом, как и обмотка управления, и включенную в цепь выпрямленного тока нагрузки (рис. 2.7).

Если намагничивающие силы обмоток обратной связи я управления совпадают по направлению, то такая обратная связь называется

положительной. При встречном их включении получаем о т -, рицательную обратную связь.

1 i-h I vv Как было уже определено, в маг-

нитном усилителе средние значения

ампер-витков обмоток силовой цепи и постоянного намагничивания равны.

В усилителе с обратной связью постоянный подмагничивающий поток создается двумя обмотками:, управления и обратной связи. Поэтому для него будем иметь

/уШу ± / ..срос =/ . срс- (2.34)

Знак плюс в левой части равенства соответствует положительной, а знак минус - отр1щательной обратной связи.

Из (2.34) находим наклон характеристики вход - выход, равный коэффициенту усиления по току магнитного усилителя:

/н.ср -у

Рис. 2.7

1 + wojwc

При положительной обратной связи коэффициент усиления возрастает, а при отрицательной - падает. Поскольку коэффициент усиления по току магнитного усилителя очень стабилен (он, определяется отношением числа витков), то южнo в нем применять даже сильную положительную.обратную связь (1 -Woz/c-малая величина), не опасаясь его самовозбуждения.

При умеренной положительной обратной связи рост коэффициента усиления не сопровождается ростом постоянной времени усилителя, так как она по-прежнему определяется индуктивностью обмотки управ-- ления. Поэтому добротность усилителя возрастает пропорционально kt При сильной положительной обратной связи сказывается инерцион-ность силовой цепи усилителя, которая возрастает из-за влияния

обмотки Woz, и ддбротность усилителя возрастает уже меньше, чем в ki раз, как при слабой и умеренной связи.

Влияние обратной связи на характеристику вход - выход реального усилителя (рис. 2.8) приводит к увеличению крутизны участка, на котором намагничивающая сила тока управления совпадает с намагничивающей силой обмотки обратной связи (обратная связь положительна), и уменьшению крутизны ее участка, соответствующего противоположному направлению тока управления. Так как направление тока, протекающего по обмотке обратной связи, определяется только включением диодов выпрямительного моста и не меняется в процессе работы усилителя, то изменение направления,тока /у на противоположное приводит к смене знака обратной связи.

Помимо изменения крутизны наклонных участков характеристика вход-выход-под влиянием обратной связи смещается влево. Это смещение происходи.т под действием тока холостого хода усилителя. При /у = О из-за обратной связи возникает подмагничивание сердечников, ток нагрузки возрастает и, следовательно, точка характеристики вход - выход, соответствующая /у,= О, смещается вверх. При отрицательном токе управления /у^, создающем ампер-витки lyWy,

равные / х.х^с, сердечники усилителя полностью размагничены, в его силовой цепи должен протекать ток / .х, что и отражено на рис. 2.8.

Если в магнитном усилителе сделать коэффициент положительной обратной связи ос = ос/с равным единице, то из-за потерь на перемаг-ничивание в сердечниках он останется еще устойчивым и будет обладать не бесконечным, но очень большим усилением. Эту особенность магнитного усилителя используют в схемах с внутренней обратной связью или, как их еще называют, в схемах с самонасыщением (рис. 2.9, а).

. В таких усилителях постоянный магнитный поток обратной связи создается самими силовыми обмотками. Последовательно с каждой нз силовых обмоток включается выпрямительный диод. В схеме усилителя введены еще две дополнительные обмотки смещения с числом витков w . Они служат для смещения характеристики вход - выход Вдоль оси токов управления (рис. 2.9, б). В зависимости от особен-

ностей источника сигнала подбирают такое смещение, чтобы усиливаемые изменения тока управления попадали на крутой участок характеристики вход - выход. Аналогично включаются обмотки смещения и в схемах усилителей без обратной связи. Простота схемы, высокие показатели усилителей с внутренней обратной связью привели к тому, что они почти полностью заменили другие схемы магнитных усилителей.

§ 2.4 Двухтактные схемы магнитных усилителей

-- Рассмотренные ранее схемы магнитных усилителей давали возможность уменьшать или увеличивать ток, протекающий в силовой цепи,но направление этого тока оставалось всегда одним и тем же. Во многих случаях, например для реверсирования, работающего от магнитного усилителя двигателя, требуется изменение направления тока нагрузки при изменении полярности сигнала управления. Это достигается в двухтактных схемах магнитных усилителей.

4i Вход a)

Рис. 2.10

Ограничимсярассмотрением-только одной мостовой схемы двухтактного магнитного усилителя без обратной связи. Мостовые схемы имеют ряд положительных качеств в сравнении с другими схемами двухтактных усилителей.

В мостовой схеме (рис. 2.10) четыре силовых обмотки образуют мост, в одну диагональ которого а -б включена нагрузка, а в другую б и г - напряжение сети. Ток смещения намагничивает в одинако-вой степени' все четыре сердечника усилителя, поэтому при /у = О мост сбалансирован, а напряжение на нагрузке равно нулю. Ток управления создает намагничивающую силу, которая в^ двух левых сердечниках направлена встречно намагничивающей силе обмотки смещения, а в двух правых - согласно с ней. Поэтому при указанной на рис. 2.10, а полярности входного постоянного напряжения ток управ-

ления будет размагничивать jfeBbie и намагничивать правые сердечники. Сопротивление силовых обмоток 1 \\ 2 будет возрастать, а обмо-гок 3 \\4 - уменьшаться. Мост разёалансируется, в нагрузке возникнет ток. Смена полярности входного напряжения вызовет увеличение сопротивлений силовых обмоток 3 п 4 и уменьшение сопротивления обмоток 1 п 2. Напрял<ение на нагрузке также сменит свою полярность, т. е. его фаза изменится на угол я.

Напряжение Ui между точками а п в при изменении тока управления от /ymin до /углах возрастст ОТ нуля до-б^ (рис. 2.10, б). Напряженис f/o между точками бив уменьшается. Среднее значение напряжения на нагрузке, равное разности этих двух напряжений:

н.ср = (1-2), (2.36)

изображено штриховой линией на рис. 2.10, б. Эта линия и дает вид характеристики вход-выход двухтактного магнитного усилителя. Начальная балансировка моста достигается в приведенной схеме усилителя с помощью переменного резистора /?см.

Глава III

Электрические машины постоянного тока

§ 3.1. Устройство машин постоянного тока

На статоре5 машины постоянного тока (см. схематический поперечный разрез,-рис. .3.1, а) размещаются постоянные электромагниты: основной полюс возбуждения 4 и дополнительный полюс 7. Полюса возбуждения создают основной продольный магнитный поток, а дополнительные полюса - поперечный магнитный поток для улучшения условий коммутации и уменьшения искрения под щетками.

На вращающемся я к о р е /, в пазах 8 размещены обмотки, каждая секция которых подключена к двум пластинам 9 коллектора (рис. 3.1, б). Медные пластины коллектора, разделенные.изоляционными прокладками, собраны так, что образуют цилиндр, по внешней поверхности которого скользят токосъемные угольные щетки. Коллектор закрепляется неподвижно на оси якоря, вращается вместе с ним.

Якорь^ машины постоянного тока набирается из тонких дисков; выштампованных из электротехнической стали, так как, вращаясь в магнитном поле, он подвергается перемагничиванию. с частотой, определяемой частотой его вращения. Статор машины отливается из стали.

В силу принципа обратимости одна и та же машина может работать как генератором, так и д в и г а т е л е м.

При работе в генераторном режиме якорь машины раскручивается каким-либо двигателем, в его обмотках возбуждается э. д. с, созда-к>Щая постоянный ток в нагрузке, подключаемой к щеткам. Ток в об-