Magnetický zesilovač ( amplistat - z angl . zesilovač - zesilovač a statický - statický, bez pohyblivých částí, transductor - z angl . transductor ) je elektromagnetické zařízení, jehož činnost je založena na využití nelineárních magnetických vlastností feromagnetických materiálů [1]. a je určen pro zesílení nebo konverzi elektrických signálů [2] . Uplatňuje se v systémech automatické regulace, řízení a řízení [3] .
Činnost magnetického zesilovače je založena na nelinearitě magnetizační charakteristiky magnetického obvodu .
Na krajních tyčích magnetického zesilovače je pracovní vinutí , které se skládá ze dvou cívek zapojených do série a protilehlých.
Čítačové zapínání pracovních vinutí je nutné, aby celkové EMF v řídicím vinutí, indukované z pracovního vinutí, bylo rovné nule. Na střední tyči je umístěno ovládací vinutí velkého počtu závitů W=. Pokud do něj není přiváděn žádný proud a na pracovní vinutí zapojené do série se zátěží je přivedeno střídavé napětí U~, pak kvůli malému počtu závitů W~ není magnetický obvod nasycen a téměř veškeré napětí poklesy na reaktanci pracovních vinutí Z~. V tomto případě je zátěži přidělen malý výkon . Pokud nyní procházíme proud Iу řídicím vinutím, pak i při jeho malé hodnotě (kvůli velkému W \u003d) dojde k nasycení magnetického obvodu. V důsledku toho se reaktance pracovního vinutí prudce snižuje a množství proudu v obvodu se zvyšuje. Pomocí malých signálů v řídicím vinutí je tedy možné řídit značné množství výkonu v pracovním obvodu magnetického zesilovače.
Ale taková konstrukce MU má řadu nevýhod: malý zisk a nelinearitu, protože při nízkých řídicích proudech bude provozní proud také malý (to je způsobeno nelinearitou na začátku zatěžovací charakteristiky MU a proto , jeho malá strmost), v zatěžovacím obvodu při nulovém řídicím proudu bude nenulový proud (proud naprázdno), navíc provozní proud nebude záviset na polaritě řídicího proudu. Pro zvýšení zesílení a zavedení závislosti pracovního proudu na polaritě řídícího proudu je v MU použito přídavné vinutí, t. zv. "bias vinutí", přivedením konstantního napětí ze samostatného zdroje lze zvolit pracovní bod MU (bod na řídicím proudu rovný nule), čímž lze dosáhnout lineární závislosti pracovního proudu řízení a výrazné zvýšení zesílení a také závislost provozního proudu na polaritě řídicího proudu, přičemž v závislosti na poměru polarity napětí na řídicím vinutí a vinutí předpětí se zatěžovací charakteristika posune: při souběžném zapnutí vinutí se charakteristika posune doleva (viz obr.
V nejjednodušším případě je magnetický zesilovač stejnosměrně řízená tlumivka (tlumivka), která je zapojena do střídavého obvodu v sérii se zatěžovacím odporem.
Magnetický zesilovač tlumivky bez předpětí
Zátěžová charakteristika MU bez předpětí vinutí
Tlumivka magnetický zesilovač s předpětím vinutí
Zátěžová charakteristika MU s předpětím vinutí
Zařazení polovodičových ventilů - diod do obvodu výstupního vinutí vede k nasycení jádra, protože vinutím bude protékat proud jednoho směru a v okamžicích, kdy magnetizační proud klesne, bude ve vinutí zbytková magnetizace. jádro. Řídicí vinutí vytváří pole, které demagnetizuje jádro.
Pro zvýšení zisku MU se do nich zavádí zpětná vazba (FB), přičemž zpětná vazba může být dvou typů:
U externího OS je zavedeno přídavné vinutí, které je navinuto i na středním jádru magnetického obvodu, stejně jako vinutí řídící a předpětí. V tomto případě jsou vinutí OS zahrnuta do obvodu pracovního vinutí tak, že se zvýšením řídicího proudu, a tedy i provozního proudu, se zvyšuje i proud ve vinutí OS, což navíc magnetizuje jádro a dále zvyšuje provozní proud. V tomto případě je proud v obvodu pracovního vinutí proměnný, zatímco v obvodu vinutí OS musí být konstantní, proto je tento zapojen do série s obvodem s pracovním vinutím přes diodový můstek.
Při použití MU s vnitřní zpětnou vazbou se pracovní vinutí zapínají přes vícesměrné usměrňovací diody a zátěž se zapíná mezi síťovou svorkou a společným bodem vinutí, tzn. v jednom půltaktu je zátěž napájena z jednoho vinutí a v druhém půltaktu z druhého vinutí protéká v každém pracovním vinutí proud s konstantním znaménkem (v tomto případě jsou vinutí zapojena tak, že jejich magnetizace tok směřoval jedním směrem), navíc magnetizoval jádro a tím dále zvýšil proud v pracovních vinutích.
V obou případech je zpětná vazba v jednom směru polarity na řídicím vinutí MU kladná: se zvýšením řídicího proudu se jádro zmagnetizuje, provozní proud se zvýší, jádro se ještě více zmagnetizuje pomocí zpětné vazby, čímž se zvýší výstupní proud ještě více; s opačným napětím na řídicím vinutí se OS stává záporným. Že. zatěžovací charakteristika se stává více asymetrickou, zisk na zpětné větvi je velmi malý, na přímce se výrazně zvyšuje, dosahuje 1000 a v některých případech až 3000 - 5000.
Pro řízení směru proudu v zátěži s vysokým zesílením a velmi lineární charakteristikou zátěže s nízkým proudem naprázdno se používají diferenciální magnetické zesilovače. Diferenciální MU je kombinace dvou MU (s OS, předpětím vinutí) zapojených tak, že na jedné straně jsou jejich pracovní vinutí opačně zapnuta a je k nim připojena zátěž, na druhé straně je zátěž připojena k střed napájecího transformátoru (další dvě svorky napájejí obvod vinutí). Řídicí vinutí obou MU jsou zapojena sériově v opačných směrech a při přivedení řídicího napětí bude jeden magnetický zesilovač pracovat s POS, druhý s OOS, v důsledku toho se celková charakteristika bude blížit charakteristice MU pracující s POS, s poklesem modulu řídicího proudu klesá intenzita MU s POS a roste MU s OOS, přičemž charakteristika lineárně směřuje k nule, při změně znaménka se role MU změna a charakteristika má také stejnou linearitu v opačné oblasti. Podobné DMU lze použít pro řízení asynchronních elektromotorů, proto se jim někdy říká reverzibilní MU.
| Charakteristický | magnetický zesilovač |
|---|---|
| Řízený proud | variabilní |
| Řídicí proud | konstantní nebo pomalu se měnící |
| Citlivost | 10-19 W _ |
| výstupní výkon | až 500 MVA |
| Zisk jedné etapy | až 106 |
| Pracovní teplota | od 0 K do 500 °С |
| Pracovní napětí | neomezená |
Hlavním účelem je ovládání silového elektrického pohonu (běžné ve stavebních strojích), dále se používaly v domácích stabilizátorech střídavého napětí , bezkontaktních relé, pro modulaci signálu , pro zdvojení frekvence , ve stmívačích pro svítidla v kinech a koncertních sálech , v binárním počítači LEM-1 L.I.Gutenmacher a v ternárních počítačích " Setun " a " Setun-70 " N. P. Brusentsov řízení výkonných elektromotorů např. ve válcovnách, v řídicích obvodech dieselové lokomotivy [4 ] [5] [6] . Magnetické zesilovače v mnoha oblastech elektrotechniky a elektroniky byly nahrazeny aktivními polovodičovými součástkami , ale i nyní se používají v řadě oblastí.
Stejně jako dříve se magnetické zesilovače používají v systémech pro zesilování stejnosměrných proudů z tenzometrů . Hybridní zařízení, včetně miniaturního magnetického zesilovače a polovodičového zesilovače, mají nízký nulový drift a vysokou přesnost.
Magnetický zesilovač umožňuje bezkontaktní měření stejnosměrných proudů ve vedení. V poslední době se k tomu stále častěji používají kompaktnější Hallovy senzory .