Магнитный усилитель своими руками

Магнитный усилитель — схема, принцип действия, особенности работы, устройство. Как устроен и работает.

Как устроен и работает магнитный усилитель. Схема. (10+)

Магнитный усилитель позволяет управлять переменным током, проходящим через него, путем пропускания небольшого управляющего постоянного тока через управляющую обмотку.

Принцип действия магнитного усилителя

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

[Индуктивность, Гн] = 1.257E-9 * [Магнитная проницаемость сердечника] * [Площадь сечения магнитопровода, кв. мм] * [количество витков]^2 / [Длина средней магнитной линии сердечника, мм]

Принцип действия магнитного усилителя основан на интересном свойстве ферромагнитных материалов. Этим материалам свойственно насыщение. Это означает, что в ненамагниченном состоянии магнитная проницаемость может быть несколько тысяч или несколько десятков тысяч (для трансформаторного железа). При такой высокой магнитной проницаемости индуктивность катушки, намотанной на сердечнике, будет большой. Большим будет и модуль сопротивления переменному току. Путь переменному току будет практически перекрыт. Магнитный усилитель закрыт.

Но все меняется, если достаточно сильно (до насыщения) намагнитить сердечник. При этом его магнитная проницаемость приблизится к единице. Индуктивность, а значит модуль сопротивления, уменьшится в тысячи или десятки тысяч раз. Магнитный усилитель откроется.

Рисунок иллюстрирует описанный процесс. Магнитная индукция, характеризующая интенсивность магнитного поля, отложена по вертикальной оси. Сначала она быстро нарастает при небольшом росте электрического тока. Потом происходит перелом графика. Индукция уже растет намного медленнее по отношению к силе тока. Когда магнитный усилитель закрыт, сила тока располагается между точками 1 — 2. Сила тока через открытый магнитный усилитель находится между точками 3 — 4.

На этом рисунке мы видим график тока через магнитный усилитель в его разных режимах. A1 — усилитель открыт. A2 — усилитель закрыт. A3 — промежуточное состояние. Мы видим, что в открытом или закрытом состоянии магнитный усилитель практически не искажает сигнал. Но вот в промежуточном состоянии искажения очень существенные. Кроме того в промежуточном состоянии достаточно высоки потери на перемагничивание сердечника. В таком режиме магнитный усилитель используется только, если нагрузка не чувствительна к искажению формы сигнала или происходит последующая фильтрация. Замечу, что искажения, вносимые магнитным усилителем, довольно безобидные. В выходном сигнале нет высших гармоник.

Устройство, схема

Типичный магнитный усилитель состоит из двух совершенно одинаковых дросселей с двумя обмотками, соединенных, как показано на схеме.

Силовые обмотки L2 и L3 соединены параллельно. Выводы 1 — 2 предназначены для подвода переменного тока, которым мы хотим управлять. Они включаются последовательно с нагрузкой. Управляющие обмотки соединены последовательно навстречу друг другу, чтобы напряжение на одной равнялось минус напряжению на другой.

Очень важно, чтобы дроссели были максимально идентичными. Напряжение на обмотке L1, наводимое с обмотки L2, должно быть в точности равно напряжению на обмотке L4, наводимому с обмотки L3. Тогда на выводах 3 — 4 вообще не будет напряжения, что необходимо для правильной работы устройства.

Возможным вариантом является намотка обоих дросселей на одном Ш — образном сердечнике.

Здесь обмотка L1 подмагничивает оба дросселя. В обмотке L4 нет необходимости. Ниже мы рассчитаем количество витков для управляющих обмоток. Число витков обмотки L1 во втором исполнении равно числу витков обмотки L1 в первом исполнении. Может показаться, что второе исполнение экономит медь, ведь не нужно мотать вторую управляющую обмотку. Но на самом деле. Длина витка L1 во втором исполнении значительно больше, чем в первом. Экономия меди есть, но не очень большая.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Здравствуйте. Измерение постоянного тока. Токовые клещи Вы пробовали делать или это теоретические разработки? Если делали можно рабочую схему с данными. Хотелось ее сделать. Читать ответ.

Тиристорное переключение нагрузки, коммутация (включение / выключение).
Применение тиристоров в качестве реле (переключателей) напряжения переменного то.

Бестрансформаторные источники питания, преобразователи напряжения без .
Расчет онлайн гасящего конденсатора бестрансформаторного источника питания.

Повышающие переменное, постоянное напряжение бестрансформаторные преоб.
Повышение напряжения без трансформатора. Умножители. Рассчитать онлайн. Преобраз.

Микроконтроллеры. Первые шаги. Выбор модулей. .
С чего начать эксперименты с микро-контроллерами? Как выбрать, на каких модулях .

Источник

Магнитный усилитель — проектирование, формулы, расчет онлайн (online). Применение. Как рассчитать

Расчет магнитного усилителя. Формулы для проектирования. (10+)

Магнитный усилитель — Проектирование. Расчет

Мы проведем расчеты для первого варианта (отдельных независимых дросселей), но результат будет верен и для второго варианта с учетом того, что под площадью сечения магнитопровода во втором варианте понимается сечение одного крайнего зуба.

Формулы

При расчете магнитного усилителя нужно добиться двух вещей. Во-первых количество витков в силовой обмотке должно быть таким чтобы, когда ток управления не идет, сердечник не насыщался, несмотря на то, что к силовой катушке приложено полное напряжение питания. То есть индукция, возникающая от приложения напряжения к силовой обмотке, не долна превышать 80% от индукции насыщения. Во-вторых, количество витков в управляющей катушке должно быть таким, чтобы управляющий ток (который мы задаем, начиная расчет) вводил сердечник в насыщение, то есть индукция, создаваемая управляющей обмоткой, должна быть на 20 % больше индукции насыщения. 20% выбирается исходя из желания, чтобы магнитный усилитель работал на линейных участках своей характеристики. Это сильно снижает потери в нем на перемагничивание.

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Диаметр провода в обмотках выбирается исходя из максимально возможного тока через них. Можно выбирать сечение провода, исходя из плотности тока 3 — 5 А на квадратный миллиметр. Если магнитный усилитель будет работать на высоких частотах, то один толстый провод нужного сечения лучше заменить на косицу из тонких проводов с таким же суммарным сечением для исключения СКИН-эффекта.

[Число витков силовых обмоток (L2, L3)] = 2.5E5 * [Действующее значение входного напряжения, В] / [Частота, Гц] / [Площадь сечения магнитопровода, кв. мм] / [Максимально приемлемая индукция, Тл]

Эта формула выводится аналогично такой же формуле для расчета силового трансформатора.

Максимально приемлемая индукция равна 80% от индукции насыщения. Для железа индукция насыщения 1 Тл, для силовых ферритов 0.3 Тл. Для низкочастотных токов (до 5 кГц) применяется железо, для больших частот — ферриты.

[Число витков управляющих обмоток (L1, L4)] = 120% * [Индукция насыщения, Тл] * [Длина средней магнитной линии сердечника, мм] / 1.257E-3 / [Магнитная проницаемость сердечника] / [Сила управляющего тока, А]

Расчет on-line

Проверьте, что у Вашего сердечника достаточная площадь окна!

Применение магнитных усилителей

Нередко можно встретить мнение, что применение магнитных усилителей ушло в прошлое. Их место заняли силовые полупроводниковые элементы. Действительно, в некоторых сферах магнитные усилители стали применяться реже и уступили место тиристорам, силовым полевым транзисторам, IGBT.

Но, видели ли Вы полупроводниковый ключ, способный управлять нагрузкой в 100 и более кВт. А магнитный усилитель с этой задачей справится. Он не является источником импульсных помех, что может быть важно в некоторых условиях.

Магнитные усилители также применяются в стабилизаторах напряжения и измерительных приборах.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Здравствуйте. Измерение постоянного тока. Токовые клещи Вы пробовали делать или это теоретические разработки? Если делали можно рабочую схему с данными. Хотелось ее сделать. Читать ответ.

Расчет силового резонансного фильтра. Рассчитать онлайн, он-лайн, on-l.
Как получить синусоидальное напряжение на выходе при входном напряжении сложной .

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное. Принцип действия.
Принцип действия, сборка и наладка преобразователя однофазного напряжения в трех.

Инвертор, преобразователь, чистая синусоида, синус.
Как получить чистую синусоиду 220 вольт от автомобильного аккумулятора, чтобы за.

Плавная регулировка яркости свечения люминесцентных ламп дневного свет.
Схема драйвера для плавной регулировки яркости свечения ламп дневного света. Дра.

Изготовление дросселя, катушки индуктивности своими руками, самому, са.
Расчет и изготовление катушки индуктивности, дросселя. Типовые электронные схемы.

Формирование произвольного / регулируемого выходного напряжения с помо.
Регулировка, установка выходного напряжения специализированной микросхемы интегр.

Источник

Магнитный усилитель забытая схемотехника.

Магнитный усилитель совершенно забыт в 21 первом веке усилиями производителей радиодеталей. И напрасно.

Магнитный усилитель, это простота и красота схемотехники. С применением управляемых дросселей насыщения, можно упрощением схемы обойтись без целого огорода ламп и полупроводников.

Перед применением магнитных усилителей нужно отдельно разобраться с его работой в конкретном устройстве для конкретных режимов. Это узел, который плохо поддается расчетам.

Регулирующий дроссель это:

Количество витков силовой обмотки.

Количество витков обмотки управления.

Из этого следует, что для нормальной работы магнитного регулятора нужно всего лишь правильно подобрать количество витков в обмотках.

Сначала выбирается количество витков в силовой обмотке для данного железа. Силовая обмотка должна садить проходящее через нее напряжение требуемого тока, на величину предела регулировки, это без подачи управляющего напряжения на обмотку управления. Чем больший проходящий через обмотку ток, тем меньше КПД магнитного регулятора.

Теперь нужно подобрать число витков в управляющей обмотке для заданного тока, регулирующего напряжения.

Число витков в управляющей обмотке должно быть достаточным для полной компенсации падения напряжения на силовой обмотке, заданным током регулирующего напряжения. Магнитная индукция обмотки управления определяется числом витков на Вольт. Чем больше витков, тем меньший ток управления, но больше напряжение.

Пропорция витков в обмотках магнитного регулятора, или коэффициент трансформации, должен быть такой, чтобы силовая обмотка не влияла на обмотку управления больше, чем может компенсировать управляющее напряжение и ток схемы управления.

Это все быстро и легко подгоняется экспериментально.

Несколько закономерностей для магнитных ключей.

Чем больше токи протекают через силовую обмотку, тем меньше КПД магнитных ключей.

Магнитные ключи, это устройства, работающие без запасов, путем тщательного подбора под конкретный режим.

Чем шире диапазон регулирования, тем меньший КПД магнитного ключа.

Вот, для примера, несколько схем 1961 года, армейских и бытовых.

1. Стабилизатор анодного напряжения 5000 вольт лампы ГИ-19Б, применяемой в РЛС П-12, 1961г.

Схема была настолько засекречена, что описания принципа ее работы не было даже в сопутствующей документации.

Принцип ее работы основан на балансном мосте, выполненном на лампе 6Н1П. Чем больше положительное напряжение на 2й ножке — сетке регулирующей лампы 6Н1П, тем меньше напряжение на 7й ножке управляющей лапы 6П1П. Следовательно, меньше напряжение на управляющей обмотке магнитного ключа и меньше выходное напряжение.

2. Схема стабилизатора 7,5В, 35А для накала лампы ГИ-19Б, применяемой в РЛС П-12, 1961г.

Особенность этой схемы, применение 2П1Л в качестве управляющей радиолампы.

2П1Л, это низковольтный лучевой тетрод прямого накала, предназначен для усиления звуковой частоты с напряжением накала 2В и конструктивно, с замком в ключе. Лампа для батарейных ламповых приемников. 2П1Л позже стала 2П1П — такая же, только пальчиковая.

Стабилизация напряжения в этом стабилизаторе осуществляется изменением накала лампы 2П1Л. В лампах прямого накала реакция на колебание накального напряжения намного быстрее, чем в лампах с косвенным накалом.

Вот фото магнитного ключа — стабилизатора накала лампы ГИ-19Б, в РЛС П-12.

Если в трансформаторе, через магнитный шунт, вместо обмотки управления сделать насыщенный резонансный контур 50Гц х 220В, то этот контур будет держать стабильное напряжение в некоторых пределах изменения входного напряжения и выходной нагрузки. Это уже будет феррорезонансный стабилизатор.

4. Схема стабилизатора напряжения СНФ-200 для телевизоров 1961г.

Работа схемы стабилизатора напряжения СНФ-200, заключается в следующем.

На толстой части керна мотается сетевая, ненасыщающаяся обмотка, которая подключается к сети 220В. Толщина керна не позволяет железу входить в насыщение в пределах допустимых нагрузок.

После магнитного шунта, толщина керна значительно меньше и в диапазоне нагрузок, на 10-15 процентов ниже максимальной мощности, железо входит в насыщение.

Напряжение на насыщенной обмотке при стабильной нагрузке, почти не меняется, при колебаниях сети 220В.

Расширить участок стабилизации до 20-30 процентов, можно компенсировав гистерезис железа, намотав некоторое количество витков на ненасыщенной части керна, в противоположную сторону. Таким образом, увеличение входного напряжения будет компенсировать неизбежный рост выходного напряжения, компенсируя гистерезис железа.

Количество витков компенсирующей обмотки зависит от ширины петли гистерезиса железа, пропорций количества витков в обмотках и диаметра провода.

Чем больше гистерезис железа, тем большие колебания выходного напряжения будут вызывать нестабильность нагрузки и нестабильность входного напряжения.

Уменьшение габаритов достигается применением резонансных конденсаторов в насыщающейся цепи, применением железа с малыми потерями и малой толщиной пластин.

Улучшение синусоиды на выходе, достигается применением резонансных дросселей в насыщающейся цепи.

Феррорезонансные стабилизаторы, кроме большого веса, габаритов, сильного гудения, имеют большую потребляемую мощность. Например, описываемый стабилизатор СНФ-200, являлся одним из лучших, и при этом его потребляемая мощность была 80Вт, при выходной мощности 160Вт.

Теперь можно привести примеры современных методов стабилизации переменного напряжения на основе магнитных регуляторов.

5. Вот простая схема эффективного стабилизатора напряжения на основе магнитного усилителя.

Выходное переменное напряжение стабилизируется магнитным усилителем, управляемым напряжением компенсации, получаемым от изменения накала дампового диода. Чем больше напряжение накала, тем больше компенсационное напряжение, и наоборот.

6. И напоследок схема регулировки сварочной дуги стационарной дуговой сварки ВДГ-303-3.

Напряжение дуги регулируется и стабилизируется управляющим, компенсирующим колебания сети 380В, напряжением 0+5В.

Вот фото магнитных ключей, стабилизаторов сварочного напряжения.

Спасибо за внимание.

С ув. Белецкий А. И. 15.01.2018г. Кубань Краснодар.

Источник