6. Режими роботи

6.1. Фізичні процеси в магнітному підсилювачі з ідеальною кривою намагнічування сердечників в режимі вимушеного намагнічування

Розглянемо процес урівноваження напруги U~ в робочих обмотках в схемі (рис. 1.4. а), який залежить від відносного опору ланцюга керування. Спочатку зупинимося на випадку, коли , що досягається включенням в ланцюг керування достатньо великої індуктивності . При цьому змінні складові струму не можуть протікати по обмотці навіть при наявності в ній змінної ЕРС, і постійний струм створює незмінну в часі напруженість Н_ підмагнічуючого поля. Такий режим роботи називають режимом вимушеного (або примусового) намагнічування, а також режимом з подавленими парними гармоніками струму.

Припустимо, що прикладена до робочих обмоткам напруга U~ змінюється по косинусоїді. Якщо активний опір обмоток дуже малий, то напруга врівноважується тільки ЕРС, для чого індукція в сердечниках повинна змінюватися по синусоїді, тобто повинна бути зміщена по фазі на чверть періоду відносно прикладеної напруги в бік запізнювання. З'ясуємо, яким чином індукція в сердечниках підсилювача може змінюватися за синусоїдальним законом.

Нехай сердечники мають ідеальну криву намагнічування, що зв'язує миттєві значення індукції і напруженості, тобто знехтуємо гістерезисом, вихровими струмами і магнітною в'язкістю. За рахунок напруженості H_ робочі точки сердечників зміщені в області насичення так, що індукція першого сердечника дорівнює +В_S, а другого -В_S (вихідні точки на рис. 1.4, б і в позначені 0).

Рис 1.4. Процеси в магнітному підсилювачі при великому опорі ланцюга управління

Розглянемо позитивний півперіод змінного струму. Створювана ним напруженість Н_ в першому сердечнику (рис. 1.4, в) складається з напруженістю H_. У цей півперіод робоча точку першого сердечника переміщається вправо від початкової точки 0 по горизонтальній гілці кривої намагнічування (точки 1, 2, 3 на рис. 1.4, в), та індукція В₁ змінюватися не може, тому що вона залишається рівною індукції насичення +В_S (рис. 1.4, в і д). Отже, робоча обмотка першого сердечника в позитивний півперіод ЕРС не створює.

У другому сердечнику в цей же півперіод з напруженості H_ віднімається H~ (рис. 1.4, б), робоча точці другого сердечника, переміщаючись вправо від точки 0, досягає вертикального ділянки кривої намагнічування, тому індукція В₂, може змінюватися. Вона змінюється по шляху 1-2-3-2-1 (рис. 1.4, б, д) так, що в робочій обмотці другого сердечника наводиться ЕРС, що урівноважує прикладена до робочих обмоткам напруга U~.

У наступний, негативний півперіод змінного струму сердечники міняються ролями, як видно з рис. 1.4, в і д, де точки 4-5-6-5-4 показують зміну індукції першого сердечника. Таким чином напруга, прикладена до підсилювача, урівноважується почергово то першою, то другої робочої обмоткою.

З рис. 1.4, д видно, що найбільше значення амплітуди, яке може мати індукція, рівне 2В_s. Отже, гранично допустима напруга, що може бути прикладена до підсилювача,

(6.1)

Криву напруженості Н~ описаного процесу можна побудувати по точках. Криві напруженості H~, а значить, і струму в робочих обмотках мають прямокутну форму (рис. 1.4, е). Така форма пояснюється тим, що стрибок напруженості Н~ повинен «повернути» робочу точку того чи іншого сердечника на вертикальний ділянку кривої намагнічування, де тільки й може змінюватися індукція, створюючи ЕРС. Перехід від негативного півперіоду напруженості до позитивного в цих умовах з прийнятими допущеннями відбувається миттєво, тому що в противному випадку робочі точки обох сердечників в кінці одного і початку іншого півперіоду одночасно перебували б на горизонтальних ділянках кривих намагнічування і ЕРС не наводилися б ні в першій, ні в другій робочій обмотці. Напруга U~, не врівноважена ЕРС, змушує струм стрибком переходити від одного півперіоду до іншого.

З рис. 1.4, б і в очевидно, що величина стрибка напруженості H~, характеризується середнім за півперіод значенням напруженості змінного поля, визначається величиною напруженості постійного поля:

H~ = H_ (6.2)

Враховуючи однакову довжину шляху для змінного і постійного магнітних потоків в більшості конструкцій сердечників, рівність (6.2) можна представити у вигляді рівності намагнічуючих сил змінного і постійного струмів:

, (6.3)

яке можна назвати основним законом ідеального магнітного підсилювача.