Аппараты управления
Общие сведения о бесконтактных
Электрических аппаратах
Бесконтактные электрические аппараты воздействуют на электрическую цепь без физического разрыва, у них отсутствуют контакты подвижных частей. Основными преимуществами являются: быстродействие, высокая скорость переключения; долговечность; срок службы определяется в основном старением компонентов, из которых они состоят.
Принцип действия бесконтактных электрических аппаратов управления основан на использовании элементов с нелинейной вольт-амперной характеристикой: ферромагнитные сердечники с обмотками (нелинейные индуктивности); нелинейные активные сопротивления, которыми обладают полупроводниковые приборы при сравнительно невысоких частотах электрического тока.
Нелинейные элементы включаются между источником питания и нагрузкой (управляемой цепью), при этом эти элементы изменяют свое сопротивление электрическому току от минимального до максимального. Таким образом достигается управление нагрузкой. За счет изменения параметров в цепи управления изменяется сопротивление. Управляемая мощность в цепи нагрузки достигает больших значений.
Указанное свойство, т.е. возможность с помощью сравнительно небольшой мощности в цепи управления управлять большой мощностью в нагрузке, характеризует бесконтактные аппараты как усилители.
Рабочая цеп содержит источник питания с напряжением U п, нагрузку z н. Цепь управления содержит источник питания управляемого сигнала с напряжением U у, сопротивление в цепи управления – z н. Изменяя сравнительно небольшой ток в цепи управления i у (входной цепи), изменяют большой ток i р выходной управляемой цепи. Получение большой мощности в выходной цепи происходит за счет энергии источника питания U п.
Если нелинейный элемент выполнен на ферромагнитном сердечнике с обмотками, усилитель называют магнитным; если в качестве нелинейного элемента используется полупроводниковый прибор, то усилитель называют полупроводниковым.
Магнитный усилитель
В магнитном усилителе (МУ) для увеличения сигнала используют индуктивное сопротивление. В качестве управляемого индуктивного сопротивления применяют дроссель со стальным сердечником. Индуктивное сопротивление изменяют подмагничиванием.
Схема магнитного усилителя с самоподмагничиванием (самонасыщением) имеет высокий коэффициент усиления, быстродействие. Магнитный усилитель с самоподмагничиванием состоит из следующих элементов: 1, 1' – два одинаковых сердечника (из листовой электротехнической стали); 2, 2' – полуобмотки рабочей обмотки, где w р – число витков полуобмотки, полуобмотки включаются параллельно и встречно; VD1, VD2 – диоды, включены последовательно с полуобмотками; R н – сопротивление нагрузки, включено последовательно в цепь переменного тока; 3 – обмотка управления с числом витков w у, питается постоянным напряжением U у.
мЕсли управляемых сигналов несколько, то в сердечниках располагается несколько обмоток управления.Каждая рабочая полуобмотка 2, 2' проводит ток тольков течение одного полупериода питающего переменного напряжения U п . Рассмотрим протекание процесса только в сердечнике 1 (см. рис.22) в течение первого полупериода (от 0 до p). К началу первого полупериода в сердечнике 1 имеется начальный магнитный поток F0 (рис.23, б). Он создается магнитодвижущей силой F у при протекании по обмотке управления 3 тока I у. Начальный поток определяется по кривой намагничивания сердечника. Процесс намагничивания будет продолжаться до момента насыщения сердечника (Fs).
Время, в течение которого сердечник намагничивается, называется интервалом возбуждения и характеризуется углом насыщения a. В этот интервал в нагрузке протекает небольшой намагничивающий ток I m, поскольку все напряжение питания прикладывается к дросселю из-за его большого индуктивного сопротивления (рис.23, г).
При насыщении сердечника наступает интервал насыщения, который продолжается до конца полупериода. В этом интервале поток сердечника остается неизменным; индуктивность дросселя мала и при этом практически все питающее напряжение U п прикладывается к нагрузке R н. Ток I н в нагрузке резко возрастает (рис.23, г) и протекает в течение всего периода насыщения, т.е. от момента насыщения сердечника, определяемого углом a, до конца полупериода, определяемого углом p.
В течение другого полупериода (от p до 2p) в другом сердечнике 1 ' происходят аналогичные процессы.
Среднее значение тока в нагрузке зависит от длительности протекания тока I н в интервале насыщения. Длительность протекания тока определяется углом насыщения a (см. рис.23, г). Среднее значение тока в нагрузке 
.
Из выражения (12) видно, что ток I н.ср определяется напряжением U п, нагрузкой R н, углом насыщения a и временем насыщения. Угол a зависит от степени начального