1. Принцип действия электромагнита.

2. Каков порядок расчета электромагнита?

3. Как работает электромагнитная муфта?

Раздел IV

МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ И

МОДУЛЯТОРЫ

Глава 22

МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ БЕЗ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

§ 22.1. Физические основы работы магнитных усилителей

Работа магнитных усилителей основана на использовании свойств ферромагнитных материалов. Эти свойства известны из курса физи­ки. Если по обмотке, расположенной на сердечнике из ферромаг­нитного материала, проходит электрический ток, то в сердечнике возникает магнитное поле. Это магнитное поле в сердечнике харак­теризуется напряженностью Н и магнитной индукцией В. Напря­женность магнитного поля Я создается током, проходящим по об­мотке, и выражается в амперах на метр (А/и). Магнитная индукция В увеличивается при возрастании напряженности Н и выражается в теслах (Тл). Кривая, характеризующая зависимость магнитной ин­дукции

В от напряженности магнитного поля Я, называется кривой намагничивания ферромагнитного материала {рис. 22.1).

Начиная с некоторого значения напря­женности магнитного поля дальнейшее ее увеличение практически не приводит к из­менению магнитной индукции. В этом случае говорят, что магнитный материал достиг состояния насыщения. Максималь­ная индукция в сердечнике называется ин­дукцией насыщения B_s, напряженность поля при этом равна H_f

Если далее уменьшать напряженность поля, то изменение магнитной индукции происходит по новой кривой (кривая 2). Индукция при этом уменьшается медлен­нее, чем она возрастала при увеличении

Н

от 0 до H_s (кривая /). При уменьшении напряженности магнитного поля до нуля (т. е. при отсутствии тока в обмотке) индукция в сер­дечнике сохраняет значение Д, называемое остаточной индукцией. При увеличении напряженности магнитного поля в обратном на­правлении (т. е. при изменении направления тока в обмотке) ин­дукция уменьшается до нуля при напряженности -Н_с, которая носит название коэрцитивной силы. Затем при значении напряженно­сти -H_s сердечник снова насыщается, индукция в нем будет рав­на -B_s. Теперь при изменении напряженности от -H

_s до +H_S измене­ние индукции происходит по кривой 3. Таким образом, изменение индукции в зависимости от напряженности поля происходит по графику, имеющему вид петли, называемой петлей гистерезиса. Как видим, зависимость В(Н) имеет явно выраженный нелинейный ха­рактер.

В зависимости от ширины петли гистерезиса различают магни-томягкие и магнитотвердые материалы. Материалы с широкой пет­лей гистерезиса называются магнитотвердыми, они используются для постоянных магнитов. Материалы с узкой петлей гистерезиса называются магнитомягкими, они используются для сердечников магнитных усилителей и других электромагнитных устройств: реле, трансформаторов, электрических машин. Для пояснения принципа действия магнитного усилителя можно пренебречь петлей гистере­зиса и считать, что изменение магнитной индукции в зависимости от напряженности происходит по средней (основной) кривой на­магничивания (кривая / на рис. 22.1).

Рассмотрим процессы, происходящие в сердечнике, если к об­мотке (рис. 22.2) приложено синусоидальное напряжение и = U_M sin со/, где и — мгновенное значение напряжения; £/_м — мак­симальное (амплитудное) значение напряжения; ю — угловая часто­та; t — текущее значение времени.

Под действием этого напряжения по об­мотке пойдет ток /, а в сердечнике происхо­дит изменение магнитной индукции В и на­пряженности магнитного поля Я.

Связь между электрическими и магнит­ными величинами определяется на основании закона полного тока и закона электромагнит­ной индукции. Согласно закону полногс тока, напряженность магнитного поля Я е сердечнике пропорциональна току i в обмотке и обратно пропорциональна средней длине сердечника.

Согласно закону электромагнитной индукции, при изменении магнитной индукции (магнитного потока Ф) в обмотке индуктиру­ется электродвижущая сила (ЭДС) е, которая пропорциональна чис­лу витков обмотки w и скорости изменения магнитного потока Ф.

Так как магнитный поток равен произведению магнитной ин­дукции В на сечение сердечника 5, то

Знак минус означает, что ЭДС е направлена навстречу напряже­нию и, вызывающему появление магнитного потока, т. е. противо­действует причине, вызвавшей ее появление — изменению магнит­ного потока (правило Ленца).

Приложенное к обмотке переменное напряжение м уравновеши­вается падением напряжения на активном сопротивлении обмотки г и значением ЭДС е:

где В_й — постоянная интегрирования, представляющая собой посто­янную составляющую магнитной индукции. Д, определяется нача­льным магнитным состоянием сердечника (при отсутствии подмаг-ничивания сердечника постоянным магнитным полем 5₀ = 0).

Амплитудное (максимальное) значение переменной составляю­щей индукции равно

Анализ уравнения (22.2) позволяет сделать важный вывод: амп­литуда магнитной индукции В_н не зависит от магнитных свойств сердечника и постоянной составляющей магнитной индукции и од­нозначно определяется амплитудой приложенного к обмотке пере­менного напряжения. В зависимости от магнитных свойств сердеч­ника и первоначального подмагничивания В_й изменяется не ампли­туда переменной составляющей индукции, а ток / в обмотке и соответственно напряженность магнитного поля //.

В соответствии с законом полного тока можно записать выра­жение для среднего значения напряженности поля:

где / — средняя длина сердечника.

Для выяснения зависимости тока /, протекающего по обмотке с числом витков w при синусоидальном напряжении и, от свойств материала сердечника и постоянной составляющей магнитной ин­дукции воспользуемся графическими построениями.

На рис. 22.3 изображена средняя кривая намагничивания сер­дечника B-f(H), обозначенная MON. На этом же рисунке изобра­жены две кривые изменения во времени магнитной индукции: 1 — при отсутствии постоянной составляющей магнитной индукции;

2 — при наличии постоянной составляющей, равной В₀.

Проецируя значения магнитной индукции, соответствующие кривой 7, на кривую намагничивания, находим кривую изменения напряженности поля Г в зависимости от времени при переменной индукции без постоянной составляющей. Аналогичным построени­ем находим кривую изменения напряженности поля 2′ в зависимо­сти от времени при наличии постоянной составляющей индукции. Так как напряженность поля может быть создана только током /, протекающим в обмотке сердечника, то кривые /’ и 2′ на рис. 22.3 в другом масштабе представляют собой зависимости этого тока / от времени. Из сравнения кривых Г и 2′ видно, что при подмагничива-нии сердечника постоянным током, т. е. при наличии постоянной составляющей магнитной индукции

В₀, растет переменная составля­ющая напряженности поля и, следовательно, переменный ток в об­мотке. На этом явлении и основано действие магнитных усилителей.

Важной характеристикой материала сердечника является отно­сительная магнитная проницаемость ц = B/(\j^H), где |д.₀ — магнит­ная постоянная Cm, = 4п • 10~⁷ Гн/м). Относительная проницаемость является безразмерной величиной, показывающей, во сколько раз проницаемость данного материала сердечника превышает проница­емость вакуума (или воздуха). Из анализа кривой намагничивания В(Н) видно, что магнитная проницаемость ферромагнитного мате­риала, из которого изготовлен сердечник, непостоянна. Сначала кривая идет круто вверх, малым изменениям Н соответствуют боль­шие изменения В, т. е. магнитная проницаемость велика. Затем кривая изгибается и идет полого, индукция В мало увеличивается при возрастании Н, т. е. магнитная проницаемость уменьшается. Именно из-за нелинейного характера изменения индукции от на­пряженности, т. е. из-за непостоянства магнитной проницаемости, и достигается эффект усиления в магнитном усилителе. Подмагни-чивание постоянным током приводит к уменьшению магнитной проницаемости и, как следствие, к увеличению (усилению) пере­менного тока.

Где применяют электромагниты. Электромагниты и их применение

Существуют четыре фундаментальные силы физики, и одна из них называется электромагнетизм. Обычные магниты имеют ограниченное применение. Электромагнит — это устройство, которое создает магнитное поле во время прохождения электрического тока. Поскольку электричество может быть включено и выключено, то же самое касается и электромагнита. Он даже может быть ослаблен или усилен путем уменьшения или увеличения тока. Электромагниты находят свое применение в различных повседневных электроприборах, в разных областях промышленности, от обычных переключателей до двигательных установок космических аппаратов.

Что такое электромагнит?

Электромагнит можно рассматривать как временный магнит, который функционирует с потоком электричества, и его полярность может быть легко изменена путем изменения направления тока. Также сила электромагнита может быть изменена путем изменения величины тока, протекающего через него.

Сфера применения электромагнетизма необычайно широка. Например, магнитные выключатели являются предпочтительными в использовании тем, что они менее восприимчивы к изменениям температуры и способны поддерживать номинальный ток без ложного срабатывания.

Электромагниты и их применение

Вот некоторые из примеров, где они используются:

• Моторы и генераторы. Благодаря электромагнитам стало возможным производство электродвигателей и генераторов, которые работают по принципу электромагнитной индукции. Это явление было открыто ученым Майклом Фарадеем. Он доказал, что электрический ток создает магнитноее поле. Генератор использует внешнюю силу ветра, движущейся воды или пара, вращает вал, который заставляет двигаться набор магнитов вокруг спирального провода, чтобы создать электрический ток. Таким образом, электромагниты преобразуют в электрическую другие виды энергии.
• Практика промышленного использования. Только материалы, сделанные из железа, никеля, кобальта или их сплавов, а также некоторые природные минералы реагируют на магнитное поле. Где используют электромагниты? Одной из сфер практического применения является сортировка металлов. Поскольку упомянутые элементы используются в производстве, с помощью электромагнита эффективно сортируют железосодержащие сплавы.
• Где применяют электромагниты? С их помощью можно также поднимать и перемещать массивные объекты, например, автомобили перед утилизацией. Они также используются в транспортировке. Поезда в Азии и Европе используют электромагниты для перевозки автомобилей. Это помогает им двигаться на феноменальных скоростях.

Электромагниты в повседневной жизни

Электромагниты часто используются для хранения информации, так как многие материалы способны поглощать магнитное поле, которое может быть впоследствии считано для извлечения информации. Они находят применение практически в любом современном приборе.

Где применяют электромагниты? В быту они используются в ряде бытовых приборов. Одной из полезных характеристик электромагнита является возможность изменения магнитной силы, при изменении силы и направление тока, текущего через катушки или обмотки вокруг него. Колонки, громкоговорители и магнитофоны — это устройства, в которых реализуется этот эффект. Некоторые электромагниты могут быть очень сильными, причем их сила может регулироваться.

Где применяют электромагниты в жизни? Простейшими примерами служат дверные звонки и электромагнитные замки. Используется электромагнитная блокировка для двери, создавая сильное поле. Пока ток проходит через электромагнит, дверь остается закрытой. Телевизоры, компьютеры, автомобили, лифты и копировальные аппараты — вот где применяют электромагниты, и это далеко не полный список.

Электромагнитные силы

Силу электромагнитного поля можно регулировать путем изменения электрического тока, проходящего через провода, обернутые вокруг магнита. Если изменить направление электрического тока, полярность магнитного поля также меняется на противоположную. Этот эффект используется для создания полей в магнитной ленте или жестком диске компьютера для хранения информации, а также в громкоговорителях акустических колонок в радио, телевизоре и стереосистемах.

Магнетизм и электричество

Словарные определения электричества и магнетизма отличаются, хотя они являются проявлениями одной и той же силы. Когда электрические заряды движутся, они создают магнитное поле. Его изменение, в свою очередь, приводит к возникновению электрического тока.

Изобретатели используют электромагнитные силы для создания электродвигателей, генераторов, аппаратов МРТ, левитирующих игрушек, бытовой электроники и множества других бесценных устройств, без которых невозможно представить повседневную жизнь современного человека. Электромагниты неразрывно связаны с электричеством, они просто не смогут работать без внешнего источника питания.

Применение грузоподъемных и крупномасштабных электромагнитов

Электродвигатели и генераторы жизненно важны в современном мире. Мотор принимает электрическую энергию и использует магнит, чтобы превратить электрическую энергию в кинетическую. Генератор, наоборот, преобразует движение, используя магниты, чтобы вырабатывать электричество. При перемещении габаритных металлических объектов используются грузоподъемные электромагниты. Они также необходимы при сортировке металлолома, для отделения чугуна и других черных металлов от цветных.

Настоящее чудо техники — японский левитирующий поезд, способный развивать скорость до 320 километров в час. В нем используются электромагниты, помогающие парить в воздухе и невероятно быстро передвигаться. Военно-морские силы США проводят высокотехнологичные эксперименты с футуристической электромагнитной рельсовой пушкой. Она может направлять свои снаряды на значительные расстояния с огромной скоростью. Снаряды обладают огромной кинетической энергией, поэтому могут поражать цели без использования взрывчатых веществ.

Понятие электромагнитной индукции

При изучении электричества и магнетизма важным является понятие электромагнитной индукции. Индукция имеет место, когда в проводнике в присутствии изменяющегося магнитного поля возникает поток электричества. Применение электромагнитов с их индукционными принципами активно используются в электродвигателях, генераторах и трансформаторах.

Где можно применять электромагниты в медицине?

Магнитно-резонансные томографы (МРТ) также работают с помощью электромагнитов. Это специализированный медицинский метод для обследования внутренних органов человека, которые недоступны для непосредственного обследования. Наряду с основным используются дополнительные градиентные магниты.

Где применяют электромагниты? Они присутствуют во всех видах электрических устройств, включая жесткие диски, колонки, двигатели, генераторы. Электромагниты используются повсеместно и, несмотря на свою незаметность, занимают важное место в жизни современного человека.

Конструкции электромагнитов постоянного тока

Электромагнитными называются устройства, предназначен­ные для создания в определенном пространстве магнитного поля с помощью обмотки, обтекаемой электрическим током.

В нейтральных электромагнитах постоянного тока рабочий магнитный поток создается с помощью обмотки постоянного тока. Действие таких электромагнитов, в отличие от поляризованных, не зависит от направления тока в обмотке, они наиболее экономичны и, благодаря разнообразию конструктивных исполнений, их легко приспосабливать в различных конструкциях к различным усло­виям работы.

Поэтому они получили наибольшее распространение. Значительную часть электромагнитов постоянного тока составляют электромагнитные механизмы, использующиеся в качестве привода для осуществления необходимого перемещения.

Примером подобных электромагнитов являются: тяговые элек­тромагниты, предназначенные для совершения механической ра­боты при перемещении их рабочих органов, электромагниты муфт сцепления и торможения и тормозные электромагниты; электро­магниты, приводящие в действие контактные устройства в кон­такторах, пускателях, автоматических выключателях; электро­магниты реле, регуляторов и других чувствительных устройств автоматики.

При всем разнообразии электромагнитов отдельные их узлы имеют общее назначение (рис. 4.1): катушка с расположенной на ней намагничивающей об­моткой 1; неподвижная часть магнитопровода из ферромагнитного материала 2; подвижная часть магнитопровода – якорь 3.

Якорь отделяется от остальных частей магнитопровода рабочим и паразитным зазорами и представляет собой часть электромагнита, которая, воспринимая электромагнитное усилие, передает его соот­ветствующим деталям приводимого в действие механизма.

В зависимости от расположения якоря относительно остальных ча­стей электромагнита и характера воз­действия на якорь со стороны магнит­ного потока электромагниты постоян­ного тока разделяются на следующие типы: электромагниты с втягиваю­щимся якорем, с внешним притяги­вающимся якорем и с внешним поперечно движущимся якорем.

Одна из типичных конструкций электромагнита с втягивающимся яко­рем показана на рис. 4.1.

Характер­ной особенностью таких электромаг­нитов является то, что якорь располагается целиком или частично внутри катушки с обмоткой. В процессе срабатывания электромагнита якорь, перемещаясь по­ступательно, погружается в катушку.

Втягивание якоря происхо­дит как за счет магнитного потока, проходящего через торцевую поверхность якоря, так и за счет действия магнит­ных потоков, выходящих из его боковой поверхно­сти.

На рис. 4.2 изобра­жена одна из разновидно­стей электромагнитов с внешним притягивающим­ся якорем. У этих элек­тромагнитов якорь распо­ложен снаружи по отноше­нию к катушке. На него действует главным образом рабочий магнитный поток, проходящий от якоря к торцу шляпки сердечника. В результате этого якорь по­ворачивается в пределах малого угла или совершает поступательное перемещение в направлении линии индукции рабочего магнитного потока.

Рис. 4.2. Электромагнит с внешним притя­гивающимся якорем

Конструкция электромагнита с внешним поперечно движущимся якорем показана на рис.4.3. Якорь в подобных электромагнитах  также располагается снаружи катушки. Рабочий магнитный по­ток, действующий на якорь, проходит из его боковой поверхности к полюсным наконечникам, имеющим особую форму, определенным способом согласованную с формой боковой поверхности якоря. В результате воздействия со стороны рабочего магнитного потока якорь движется поперек магнитных линий, поворачиваясь на не­который ограниченный угол.

В каждой из трех перечисленных групп электромагнитов по­стоянного тока, в свою очередь, имеется ряд конструктивных разно­видностей, определяемых конструкцией магнитной цепи. Кроме того, в зависимости от способа вклю­чения обмотки электромагнита разли­чают электромагниты с обмотками параллельного включения и с обмот­ками последовательного включения.

Отличие электромагнита постоянного тока от электромагнита переменного тока, назначение и принцип работы короткозамкнутого витка

Магнитная система электромагнитов постоянного и переменного тока различная. У электромагнита постоянного тока относительно небольшой зазор d, а сам магнитопровод может быть выполнен из сплошного цельного куска электротехнической стали.

У магнитов переменного тока система шихтованная, набранная из тонких листов электротехнической стали.

Так как через катушку протекает переменный ток, то и магнитный поток Ф изменяет свое направление и в какие то моменты времени становится равным нулю. В этом случае противодействующая пружина будет отрывать якорь от полюсного наконечника и возникнет дребезг якоря. Для устранения этого явления используются либо многофазовые электромагниты, либо короткозамкнутое кольцо, которое устанавливается на расщепленной части полюсного наконечника. Так как у катушек переменного тока определяющим является индуктивное сопротивление, а оно зависит от индуктивности, то в первоначальный момент , когда рабочий зазор d максимален и индуктивность минимальна, ток якоря максимален, то есть имеется бросок тока через катушку. При минимальном зазоре, когда якорь соприкоснется с полюсным наконечником, индуктивность возрастет и ток возрастет.

В электромагнитах переменного тока магнитное сопротивление зависит не только от , l, S сердечника, но и от потерь в стали и наличия короткозамкнутых обмоток, расположенных на сердечнике.

Катушка электромагнита постоянного тока выполняется достаточно высокой и тонкой, для улучшения условий охлаждения (потери мощности на постоянном токе только на чисто активном сопротивлении проводника).

Катушка электромагнита переменного тока выполняется более низкой, т.к. кроме потерь мощности в активном и индуктивном сопротивлении катушки имеются потери мощности на перемагничивание сердечника.

 

Как известно в электромагнитах переменного тока ток в обмотке сильно зависит от положения якоря. В клапанных элек­тромагнитах ток в притянутом состоянии в десятки раз меньше, чем при отпущенном якоре. Это затрудняет создание максимальных реле напряжения на базе клапанной системы, так как при напря­жениях, близких к напряжению срабатывания, через обмотку про­текает большой ток, выделяется мощность, в сотни раз превышаю­щая мощность в обмотке при притянутом якоре. Приходится сильно увеличивать габариты катушки, чтобы рассеивать большую мощ­ность, выделяемую при отпущенном якоре. Большим преимуществом реле серии ЭН является относительно небольшое изменение маг­нитной проводимости, в результате чего ток в обмотках мало ме­няется при повороте якоря. Это дает возможность иметь малые га­бариты обмоток.

Если отрывное усилие электромагнита будет Р_ОТР, то дважды за период в точке А (рис. 6, в) якорь электромагнита будет от­падать, а в точке В — снова притягиваться, т. е. будет вибрировать с двойной частотой. Вибрация приводит к износу магнитной сис­темы и сопровождается гудением.

­

 

 

Рис.6. Кривая изменения силы притяжения электромагнита

переменного тока без короткозамкнутого витка.

Для устранения вибрации электромагни­ты переменного тока снабжаются короткозамкнутыми витками (рис.7, а) из проводниковых материалов (медь, латунь), охватывающими часть полюса электромагнита (70 — 80%).

Принцип работы витка заключается в следующем. Общий поток электро­магнита Ф разветвляется на поток Ф₁, который проходит по не охваченной витком части полюса, и на поток Ф₂, который проходит через часть, охва­тываемую короткозамкнутым витком. При этом в витке индуцируется ЭДС е_К.З, и возникает ток i_К.З., сдвинутый по отношению к е_К.З. на угол

 

Рис.7. Принцип работы короткозамкнутого витка

в электромагнитных системах переменного тока.

и опре­деляемый весьма незначительной индуктивностью витка. Для упрощения принимаем = 0. Ток i_К.З , возбуждает магнитный поток Ф_К.З., который охватывает короткозамкнутый виток и вместе с частью основного потока образует поток Ф₂,проходящий через часть полюса, охваченную витком, и сдвинутый во вре­мени по отношению к потоку Ф₁ на угол (рис.7, б и в).

Сила притяжения электромагнита Р складывается из двух пульсирующих, но сдвинутых во времени сил Р± и Р₂(рис.7, г). Благодаря сдвигу их во времени общая сила Р пульсирует много меньше и минимальное значение ее остается выше Р_ОТР, чем и исключается вибрация якоря.

 

Магнитный усилитель — Википедия

Магнитный усилитель (амплистат возбуждения) тепловоза М62 Упрощённая схема включения магнитного усилителя

Магнитный усилитель (амплистат — от англ. amplifier — усилитель и static — статический, без движущихся частей, трансдуктор — от англ. transductor) — это электромагнитное устройство, работа которого основана на использовании нелинейных магнитных свойств ферромагнитных материалов^[1] и предназначенное для усиления или преобразования электрических сигналов^[2]. Применяется в системах автоматического регулирования, управления и контроля^[3].

• дроссельный магнитный усилитель;
• магнитный усилитель с самонасыщением (МУС),
• дифференциальный магнитный усилитель

Дроссельный магнитный усилитель[править | править код]

Работа магнитного усилителя основана на нелинейности характеристики намагничивания магнитопровода.

На крайних стержнях магнитного усилителя находится рабочая обмотка, которая состоит из двух катушек, соединённых последовательно и встречно.

Встречное включение рабочих обмоток необходимо для того, чтобы суммарная ЭДС в обмотке управления, наводимая от рабочей обмотки, была равна нулю. На среднем стержне размещается обмотка управления из большого количества витков W=. Если ток в неё не подаётся, а к рабочей обмотке, соединённой последовательно с нагрузкой, подведено переменное напряжение U~, то из-за малого количества витков W~ магнитопровод не насыщается, и почти всё напряжение падает на реактивном сопротивлении рабочих обмоток Z~. На нагрузке в этом случае выделяется малая мощность. Если теперь пропустить по обмотке управления ток Iу, то даже при небольшом его значении (из-за большого W=), возникает насыщение магнитопровода. В результате реактивное сопротивление рабочей обмотки резко уменьшается, а величина тока в цепи — увеличивается. Таким образом, посредством малых сигналов в обмотке управления можно управлять значительной величиной мощности в рабочей цепи магнитного усилителя.

Но подобная конструкция МУ обладает рядом недостатков: малым усилением и нелинейностью, поскольку при малых токах управления рабочий ток также будет небольшим (это связно с нелинейностью в начале нагрузочной характеристики МУ и следовательно малым её наклоном), в цепи нагрузки при нулевом токе управления будет присутствовать ненулевой ток (ток холостого хода) кроме того рабочий ток не будет зависеть от полярности тока управления. Для увеличения коэффициента усиления и введения зависимости рабочего тока от полярности тока управления в МУ применяют дополнительную обмотку, т.н. «обмотку смещения», подавая на которую постоянное напряжение от отдельного источника можно выбрать рабочую точку МУ (точку при токе управления равном нулю), чем можно добиться линейной зависимости рабочего тока управления и существенного увеличения коэффициента усиления, а также зависимости рабочего тока от полярности тока управления, при этом в зависимости от соотношения полярности напряжений на обмотке управления и обмотке смещения нагрузочная характеристика будет смещаться: при согласном включении обмоток — происходит смещение характеристики влево (см. рис), а при встречном — право.

В простейшем случае магнитный усилитель — это управляемая постоянным током катушка индуктивности (дроссель), которая включается в цепь переменного тока последовательно с сопротивлением нагрузки.

• Дроссельный магнитный усилитель без обмотки смещения

• Нагрузочная характеристика МУ без обмотки смещения

• Дроссельный магнитный усилитель с обмоткой смещения

• Нагрузочная характеристика МУ с обмоткой смещения

Магнитный усилитель с самонасыщением[править | править код]

Включение в цепь выходной обмотки полупроводниковых вентилей — диодов приводит к насыщению сердечника, поскольку по обмоткам будет протекать ток одного направления, а в моменты спадания намагничивающего тока в сердечнике будет присутствовать остаточная намагниченность. Управляющая обмотка создаёт поле, которое размагничивает сердечник.

Обратные связи в магнитном усилителе[править | править код]

Для увеличения коэффициента усиления МУ в них вводят обратную связь (ОС), при этом обратная связь может быть двух типов:

• внешней обратной связью
• внутренней обратной связью

При внешней ОС вводится дополнительная обмотка , которую также наматывают на средний сердечник магнитопровода, как и обмотки управления и смещения. При этом обмотки ОС включаются в цепь рабочих обмоток таким образом, чтобы при увеличении тока управления и, значит, рабочего тока ток в обмотке ОС также возрастал, дополнительно подмагничивая сердечник и ещё более увеличивая рабочий ток. При этом ток в цепи рабочей обмотки является переменным, тогда как в цепи обмотки ОС должен быть постоянным, поэтому последнюю включают последовательно в цепь с рабочей обмоткой через диодный мост.

МУ с внешней ОС и его нагрузочная характеристика

При использовании МУ с внутренней ОС рабочие обмотки включаются через разнонаправленные выпрямительные диоды, а нагрузка включается между клеммой сети и общей точкой обмотки, т.о. в один полупериод нагрузка питается от одной обмотки, а в другой полупериод — от второй обмотки, в каждой рабочей обмотке протекает знакопостоянный ток (при этом обмотки так соединяются так, что их поток намагничивания был направлен в одну сторону), дополнительно подмагничивая сердечник и этим самым ещё более увеличивая ток в рабочих обмотках.

В обоих случаях обратная связь в одном направлении полярности на обмотке управления МУ является положительной: при увеличении тока управления сердечник подмагничивается, рабочий ток возрастает, с помощью обратной связи ещё более намагничивая сердечник, тем самым ещё более увеличивая выходной ток; при противоположном напряжении на обмотке управления ОС становится отрицательной. Т.о. нагрузочная характеристика становится более несимметричной, коэффициент усиления на обратной ветви становится очень малым, на прямой — сильно возрастает, достигая 1000, а в отдельных случаях до 3000 — 5000.

Дифференциальный магнитный усилитель[править | править код]

Для того, чтобы управлять направлением тока в нагрузке с большим коэффициентом усиления и очень линейной нагрузочной характеристикой с малым током холостого хода применяются дифференциальные магнитные усилители. Дифференциальный МУ — это комбинация из двух МУ (с обмотками ОС, смещения), включенных так, что с одной стороны их рабочие обмотки включаются встречно и к ним подключается нагрузка, с другой стороны нагрузка подключается к средней точке питающего трансформатора (две остальные его клеммы питают цепь рабочих обмоток). Обмотки управления обоих МУ включаются последовательно встречно и при подаче управляющего напряжения один магнитный усилитель будет работать с ПОС, другой — ООС, в результате суммарная характеристика будет близка к характеристике МУ, работающего с ПОС, при уменьшении по модулю тока управления интенсивность МУ с ПОС уменьшается, а МУ с ООС увеличивается, при этом характеристика линейно стремится к нулю, при изменении знака роли МУ меняются, а характеристика имеет также такую же линейность в противоположной области. Подобные ДМУ могут применяться для управления асинхронными электродвигателями, поэтому их иногда называют реверсивными МУ.

Основное назначение — управление силовым электроприводом (распространены в строительной технике), также применялись в бытовых стабилизаторах переменного напряжения, бесконтактных реле, для модуляции сигналов, для удвоения частоты, в регуляторах яркости осветительных приборов киноконцертных залов, в двоичной ЭВМ ЛЭМ-1 Л. И. Гутенмахера и в троичных ЭВМ «Сетунь» и «Сетунь-70» Н. П. Брусенцова, управлении мощными электродвигателями, например в прокатных станах, в цепях управления тепловоза^[4][5][6]. Магнитные усилители во многих областях электротехники и электроники были вытеснены активными полупроводниковыми приборами, но и сейчас они применяются в ряде областей.

По-прежнему магнитные усилители используются в системах усиления постоянных токов от тензодатчиков. Гибридные устройства, включающие миниатюрный магнитный усилитель и полупроводниковый усилитель, обладают малым дрейфом нуля и высокой точностью.

Магнитный усилитель позволяет бесконтактно измерять постоянные токи в линиях электропередач. В последнее время для этого всё чаще применяют более компактные датчики Холла.

1. ↑ Розенблат, 1963, с. 7.
2. ↑ Ройзен, 1961, с. 3.
3. ↑ Розенблат, 1963, с. 22.
4. ↑ Международная конференция SORUCOM.2006, Сборник материалов, Брусенцов Николай Петрович, МГУ, ВМиК, [email protected], Троичные ЭВМ «Сетунь» и «Сетунь 70»
5. ↑ Академия тринитаризма Дмитрий Румянцев, Долой биты! (Интервью с конструктором троичной ЭВМ)
6. ↑ ГОСТ 17561-84 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ. УСИЛИТЕЛИ МАГНИТНЫЕ. Термины и определения

• Ройзен С. С., Медникова И. И. Применение магнитных усилителей в автоматизированном электроприводе постоянного тока. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1961. — 120 с.
• Розенблат М. А. Магнитные усилители и модуляторы. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1963. — 112 с.
• Аттура Г. М. Магнитные усилители. Пер. с англ.. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1963. — 288 с.
• Соболевский А. Г. Магнитный усилитель — что это такое?. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1963. — 48 с.
• Гейгер В. А. Схемы магнитных усилителей / под ред. И. Я. Лехтмана; пер. с англ. Д. А. Липмана и И. И. Ратгауза. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1959. — 400 с.

Электромагнитный расходомер — Википедия

Электромагнитный расходомер

Для контроля расхода и учёта воды и теплоносителя с 40-х годов XX века в промышленности применяются электромагнитные расходомеры. Неоспоримые достоинства электромагнитных расходомеров — отсутствие гидродинамического сопротивления, отсутствие подвижных механических элементов, высокая точность, быстродействие — определили их широкое распространение.

Вид внутри канала. Видна изолирующая футеровка канала и электрод.

В проводнике, пересекающем силовые линии магнитного поля, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения проводника. При этом направление тока, возникающего в проводнике, перпендикулярно к направлению движения проводника и направлению магнитного поля. Это известный закон электромагнитной индукции — закон Фарадея.

Если заменить проводник потоком проводящей жидкости, текущей между полюсами магнита, и измерять ЭДС, наведённую в жидкости по закону Фарадея, можно получить принципиальную схему электромагнитного расходомера, предложенную ещё самим Фарадеем. Электромагнитные расходомеры могут быть выполнены как с постоянными магнитами, так и с электромагнитами, питаемыми переменным током. Электромагнитные расходомеры имеют свои достоинства и недостатки, определяющие области их применения.

Труба в зоне измерения расходомера (длина участка 2..5 диаметров трубы) выполняется из непроводящего немагнитного материала. Чаще всего делается футеровка (вставка) из инертных пластиков (типа фторопласта, полиэтилена) в трубу из нержавеющей стали. Для уменьшения турбулентности потока в зоне измерения рекомендуется монтировать расходомер в прямолинейные участки без изменения сечения на протяжении 5..10 диаметров трубы до и после расходомера.

Погрешность данных приборов определяется в основном погрешностями их градуировки и измерения разности потенциалов Е. Однако электрохимические процессы на электродах, различные помехи и наводки, неоднородность потока жидкости не позволяют пока получить той потенциально высокой точности измерений расхода, которая вытекает из принципа действия данного типа расходомеров. Так, изготовляемые в СССР электромагнитные расходомеры, несмотря на индивидуальную градуировку, (на высокоточных расходомерных стендах) и весьма совершенные средства измерения имеют класс точности 1,0— 2,5 %.^{[источник не указан 3091 день]}

Существенным и основным недостатком электромагнитных расходомеров с постоянным электромагнитом, ограничивающим их применение для измерения слабопульсирующих потоков, является поляризация измерительных электродов, при которой изменяется сопротивление преобразователя, а следовательно, появляются существенные дополнительные погрешности. Поляризацию уменьшают, применяя электроды из специальных материалов (угольные, каломелиевые) или специальные покрытия для электродов (платиновые, танталовые). Такие расходомеры зачастую требуют каждодневного технического ухода (подрегулировка нуля, поднастройка и т. п.).

В расходомерах с переменным магнитным полем явление поляризации электродов отсутствует, однако появляются другие эффекты, также искажающие полезный сигнал:

• трансформаторный эффект, когда на витке, образуемом жидкостью, находящейся в трубопроводе, электродами, соединительными проводами и вторичными приборами наводится трансформаторная ЭДС, источником которой является обмотка электромагнита или внешние синхронные наводки (например, от соседних расходомеров). Для их компенсации в измерительную схему прибора вводят компенсирующие цепи или питают электромагнит переключаемым постоянным током.
• ёмкостный эффект, возникающий из-за большой разности потенциалов между системой возбуждения магнитного поля и электродами и паразитной ёмкости между ними (соединительные провода и т. п.). Средством борьбы с этим эффектом является тщательная экранировка.

Первичные преобразователи электромагнитных расходомеров не имеют частей, выступающих внутрь трубопровода (электроды устанавливаются заподлицо со стенкой трубопровода), сужений или изменений профиля. Благодаря этому гидравлические потери на приборе минимальны. Кроме того, преобразователь расходомера и технологический трубопровод можно чистить и стерилизовать без демонтажа. Поэтому эти расходомеры используют в биохимической и пищевой промышленности, где доминирующими являются требования к стерильности среды. Отсутствие полых углублений исключает застаивание и коагулирование измеряемого продукта.

На показания электромагнитных расходомеров не влияют физико-химические свойства измеряемой жидкости (вязкость, плотность, температура и т. п.), если они не изменяют её электропроводность.

Конструкция первичных преобразователей позволяет применять новейшие изоляционные, антикоррозийные и другие покрытия, что даёт возможность измерять расход агрессивных и абразивных сред. В специальных расходомерах с переменным магнитным полем электроды также могут быть изолированы от жидкости, образуя конденсатор в измерительной цепи.

Метод чувствителен к неоднородностям (пузырькам), турбулентности потока, неравномерности распределения скоростей потока в сечении канала.

Метод чувствителен к паразитным токам заземления протекающим по трубе. Поэтому при риске возникновения таких токов участки перед и после расходомера делаются из металлической трубы с тщательным электрическим соединением участков для минимизации паразитных токов через воду в районе расходомера.

Расходомеры (особенно с постоянными магнитами) могут забивать сечение трубы металлическим мусором удерживаемым магнитной системой расходомера. Для борьбы с этим явлением расходомеры с электромагнитами периодически отключаются на короткое время чтобы поток воды унес мусор.

Отмеченные преимущества и обеспечили достаточно широкое распространение электромагнитных расходомеров, несмотря на их относительную конструктивную сложность.

Электромагнитные расходомеры применяют для измерения очень малых (3 • 10⁻⁹ м³/с) расходов (например, для измерения расхода крови по кровеносным сосудам) и больших расходов жидкостей (3 м³/с). Причём диапазон измерения расходомера одного типоразмера достигает значения 1000:1.

Электромагнитные расходомеры непригодны для измерения расхода газов, а также жидкостей с электропроводностью менее 10⁻³ – 10⁻⁵ См/м (10⁻⁵ – 10⁻⁷ Ом⁻¹•см⁻¹), например, лёгких нефтепродуктов, спиртов и т. п. Применение разрабатываемых в настоящее время специальных автокомпенсирующих устройств позволит существенно снизить требования к электропроводности измеряемых сред и создать электромагнитные расходомеры для измерения расхода любых жидкостей, в том числе и нефтепродуктов.^{[источник не указан 3091 день]}

Оснащение молочного завода электромагнитными расходомерами

Наибольшее применение расходомеры нашли в учёте водных и энергетических ресурсов (в частности в отопительных системах).

Электромагнитные расходомеры широко применяют в металлургической, биохимической и пищевой промышленности, в строительстве и руднообогатительном производстве, в медицине, так как они малоинерционны по сравнению с расходомерами других типов. Расходомеры незаменимы в тех процессах автоматического регулирования, где запаздывание играет существенную роль, или при измерении быстро меняющихся расходов.

Электромагнитный выключатель — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Электромагни́тный выключа́тель — высоковольтный коммутационный аппарат, в котором гашение электрической дуги производится взаимодействием плазмы дуги с магнитным полем (т. н. магнитным дутьём) в дугогасительных камерах с узкими щелями (прямыми или извилистыми) или с камерами с дугогасительными решётками.

Принцип магнитного гашения дуги широко применяется в низковольтной коммутационной аппаратуре (автоматических выключателях, контакторах).

Электромагнитный выключатель состоит из рамы, на которой установлены на изоляторах три полюса, связанные с включающим валом диэлектрическими тягами. Каждый полюс состоит из подвижных и неподвижных контактов, на каждом из них установлена пара основных и дугогасительных контактов из металлокерамики. Сверху контактов установлена дугогасительная камера из дугостойкого материала (асбест) и керамических или стальных, покрытых слоем меди, дугогасительных пластин. Снаружи камеру охватывает П-образный магнитопровод, на которую надета дугогасительная катушка, подключаемая с одной стороны к силовой шине с неподвижным контактом, а другой — к дугогасительному рогу, располагающемуся внутри дугогасительной камеры перед пакетом из пластинами решётки; второй дугогасительный рог располагается также внутри камеры с другой стороны дугогасительной решётки и подключается к второму выводу выключателя. Для лучшего гашения дуги при коммутации малых токов может быть предусмотрено в конструкции устройство автопневматического поддува (состоящего из поршня и цилиндра, механически соединённых с силовыми контактами). Кроме того выключатель укомплектовывается приводом (обычно пружинно-моторного типа), который по сигналам во вторичной цепи производит коммутацию силовых контактов посредством вращением включающего вала.

При подаче сигнала на отключение происходит поворот вала и движение через тяги передаётся подвижным контактам, при этом сначала размыкаются основные контакты, затем — дугогасительные. Образующаяся электрическая дуга под действием собственных электродинамических сил движется вверх по дугогасительным рогам, при этом выдавливаясь в сторону решётки, кроме того дуга замыкает цепь дугогасительной катушки (через дугогасительные рога), магнитное поле которой ещё сильнее ускоряет дугу (т. н. «магнитное дутьё»). Попадая в решётку дуга разбивается на множество малых дуг (между пластинами решётки), которые начинают двигаться вверх независимо и быстро гаснут (за счёт отдачи тепла пластинам и деионизации; за счёт прикатодного падения напряжения увеличивается напряжённость электрического поля в дуги — см. подробнее Дугогасительная камера). Вверху дугогасительной камеры может располагаться пластины второй решётки, (т. н. «пламегасительная решётка»), для исключения выхода ионизированной плазмы вне аппарата и перекрытия ей токоведущих частей. При малых токах отключения электродинамические силы могут быть малы и не способны выдавить дугу в решётку и для этих целей иногда применяется автопневматический поддув в виде струи сжатого воздуха, которая осуществляет охлаждение и деионизацию электрической дуги.

Полная взрыво- и пожаробезопасность (в отличие, например, от масляных выключателей), не используется сложная пневматическая система, малый износ дугогасительных контактов, возможность использования в установках с частыми коммутациями, относительно высокая отключающая способность.

Сложность дугогасительной камеры с системой магнитного дутья, ограниченный диапазон номинальных напряжений (до 15-20 кВ), ограниченная пригодность для наружной установки^[1].

Электромагнитные выключатели выпускаются в основном для использования в сетях 6—10 кВ с номинальным током до 2000 А (с коммутируемой мощностью до 400—200 МВА соответственно) для внутренней установки навесного и выкатного типа — для ячеек КРУ (комплектных распредустройств).

• Родштейн А. Электрические аппараты, Л. Энергоиздат, 1981 г.