§ 26.3. Магнитные модуляторы с выходным переменным током удвоенной частоты

При рассмотрении процессов, проходящих в идеальном магнитном усилителе, отмечалось, что ток управления можно представить как сумму постоянной и переменной составляющих, причем переменная составляющая изменяется с частотой, вдвое превышающей частоту питания. Если постоянная составляющая обусловлена управляющим сигналом , то переменная составляющая

возникает вследствие трансформации тока из цепи нагрузки. Трансформируемая из рабочей обмотки ЭДС двойной частоты имеет фа- . зу, которая при перемене полярности управляющего сигнала меняется на 180". При снятии управляющего сигнала ЭДС двойной частоты пропадает. Таким образом, единственной причиной появления ЭДС двойной частоты является подача входного сигнала на усилитель. Заметим, что какие-либо другие причины (нендентнчность сердечников, например) не могут привести к возникновению ЭДС двойной частоты при питании усилителя синусоидальным напряжением.

Эффект появления ЭДС двойной частоты и используется в магнитных модуляторах с выходным не переменным током удвоенной частоты (рис. 26.2).

Обмотка управления w_v в схемах таких модуляторов используется как для подачи входного сигнала так и для снятия выходного сигнала . ЭДС двойной частоты выделяется с помощью выходного трансформатора , Первичная обмотка этого трансформатора может подключаться параллельно обмотке управления (рис. 26.2, а) или последовательно с ней (рис. 26.2,6). В обоих случаях фаза выходного напряжения изменяется на 180° при изменении полярности т. е. схемы являются реверсивными.

В схеме с параллельным соединением обмоток (рис. 26.2, а) постоянный ток не поступает в первичную обмотку выходного (обычно повышающего) трансформатора . Путь постоянной составляющей тока преграждает конденсатор С. Напомним, что емкостное сопротивление , т. е. для постоянной составляющей

емкостное сопротивление стремится к бесконечности. Дроссель L (индуктивное сопротивление ) имеет очень малое сопротивление для сигнала постоянного тока, а для тока двойной частоты представляет большое сопротивление. Поэтому дроссель L препятствует прохождению тока двойной частоты через источник входного сигнала (например, датчик). Как правило, стремятся избежать обратного воздействия последующего элемента в системе автоматики на предыдущий (за исключением тех случаев, когда специально создаются обратные связи).

В схеме с последовательным соединением обмоток (рис. 26.2, б) конденсатор С шунтирует источник входного сигнала, поэтому ток двойной частоты замыкается через этот конденсатор, не попадая в источник входного сигнала. Специальный дроссель для обеспечения режима вынужденного подмагничивания в этой схеме не требуется. Его роль играет первичная обмотка трансформатора

Конденсатор С и дроссель L в схемах магнитного модулятора с выходом на удвоенной частоте играют роль фильтра. Для получения высокой чувствительности и точности преобразования приходится использовать фильтры на выходе и входе. Поэтому модуляторы с выходным током удвоенной частоты оказываются сложнее модуляторов с выходным током основной частоты. Кроме того, они потребляют большую мощность, имеют низкий КПД и небольшой коэффициент усиления. Главное их достоинство — высокая чувствительность: они способны воспринимать управляющие сигналы мощностью всего лишь в Вт (при использовании вы-

сококачественных магнитных материалов).

Более простые схемы имеют магнитные модуляторы с выходным током удвоенной частоты со взаимно перпендикулярными обмотками. На рис. 26.3 приведены конструктувная (а) и электрическая (б) схемы такого модулятора. Кольцевой сердечник модулятора состоит из двух одинаковых половинок (одна из них показана на рис. 26.3, в) с кольцевым пазом. Рабочая обмотка w_p изготовлена в виде кольца и уложена в этот паз. Затем обе половинки сердечника соединяются, причем соприкасающиеся поверхности их тщательно шлифуются для уменьшения магнитного сопротивления. Обмотка управления равномерно наматывается по всей длине сердечника.

Р абочая обмотка создает поперечное магнитное поле, замыкающееся в пределах периметра поперечного сечения сердечника. Обмотка управления создает продольное магнитное поле, замыкающееся по окружности сердечника. Пути потоков и показаны на рис. 26.3, г пунктиром. Так как эти потоки имеют разные пути, то между обмотками и отсутствует трансформаторная связь. Следовательно, никакие изменения поперечного потока не. могут наводить ЭДС в обмотке а ЭДС

двойной частоты на выходе возникает лишь при появлении входного сигнала

Обмотка является

одновременно и выходной, с нее снимается напряжение

Периодическое изменение индуктивности обмотки управления создается за счет изменения магнитной проницаемости сердечника в продольном направлении магнитным потоком При насыщении сердечника поперечным полем (магнитный поток ) эта проницаемость значительно уменьшается. Насыщение сердечника происходит дважды за период питания обмотки , Если на

обмотку будет подано постоянное входное напряжение , то ток в этой обмотке будет изменяться соответственно изменению насыщения сердечника, т. е. будет содержать переменную составляющую удвоенной частоты питания

Такая схема может не иметь фильтров в цепи питания и на выходе, поскольку значительно уменьшаются паразитные наводки. Кроме того, она обеспечивает более высокую стабильность нуля. Нижний предел мощности сигнала управления для такой схемы составляет Вт при уровне входного сигнала порядка 10 мкВ.