§ 24.5. Основы расчета магнитных усилителей
Одним из основных вопросов при расчете магнитного усилителя является определение его габаритов. Габариты всего усилителя и его сердечников определяются значениями мощности нагрузки, коэффициента усиления, допустимого нагрева и магнитным режимом сердечников.
Если выбрать провода с высокотемпературной изоляцией или принять меры к интенсивному охлаждению усилителя (например, за счет обдува или радиаторов), то габариты усилителя можно существенно уменьшить. Точно так же можно уменьшить габариты сердечников за счет применения высококачественных магнитных материалов с большой индукцией и малыми потерями. Естественно, в этих случаях снижение габаритов будет оплачено повышением стоимости усилителя, изготовленного из более дорогих материалов.
Мы рассмотрим последовательность расчета, основанного на определенной зависимости объема сердечников от мощности нагрузки и магнитного режима сердечников. Эта зависимость остается неизменной при различных способах создания подмагничивающего поля. Поэтому полученные упрощенные соотношения будут справедливы для расчета различных схем магнитных усилителей: однотактных и двухтактных, без обратной связи и с обратной связью (как внешней, так и внутренней).
Объем стали одного сердечника усилителя может быть определен по формуле
(24.1)
где
—выходная
мощность усилителя;
—частота
питания;
—
напряженность поля при максимальном
подмагничивания;
—
индукция в сердечнике при максимальном
подмагничивании;
—
то же, без подмагничивания.
Величины
,
,
определяются
выбранным материалом сердечников. Для
различных материалов рассчитаны кривые
зависимости минимального удельного
объема
от
напряженности постоянного магнитного
поля пои максимальном подмагничивании
(рис.
24.11).
Сердечники
выполняются из листового материала,
толщина которого
(мм)
определяется частотой питания
:
,
где
—
постоянный коэффициент зависит от
материала сердечника. Меньшие значения
(0,7—1,9)
берутся для пермаллоев, большие (3— 3,5)
—для холоднокатаной электротехнической
стали. Обычно пермаллои применяют в
усилителях малой мощности (несколько
ватт).
После
определения минимального удельного
объема эту величину умножают на мощность
нагрузки и определяют требуемый объем
стали
.
Затем выбирают подходящий сердечник
(обычно тороидальный или Ш-образный) и
определяют толщину набора
.
Для тороидального сердечника
(24.2)
где
—внешний
диаметр тороида;
—внутренний
диаметр тороида;
—длина
среднего магнитного пути в
сердечнике;
—коэффициент
заполнения сталью. Для Ш-образного
сердечника
(24.3)
где
—ширина
среднего стержня.
В этих формулах имеется в виду использование сдвоенных сердечников с общей обмоткой управления.
Объем меди усилителя без обратной связи определяется размерами пластин сердечника и толщиной набора. При определении объема меди следует учитывать коэффициент заполнения окна сердечника медью, зависящей от толщины изоляции и способа намотки. Зная объем стали и объем меди усилителя, можно определить его габариты и вес.
Расчет основных характеристик усилителя выполняется по расчетным формулам, приведенным в предыдущих главах и параграфах.