Принцип действия магнитного усилителя

Магнитным усилителем называют электромагнитный аппарат, служащий для плавного регулирования переменного тока, поступающего к нагрузке, путем изменения индуктивного сопротивления XL катушки с ферромагнитным сердечником, включенной последовательно с нагрузкой. Принцип действия магнитного усилителя основан на изменении индуктивности катушки с ферромагнитным сердечником при подмагничивании ее постоянным током. С помощью такого аппарата можно регулировать большие токи посредством сравнительно слабых электрических сигналов. Магнитные усилители широко применяют на тепловозах для автоматического регулирования возбуждения главного генератора и на э. п. с. для регулирования напряжения источника служебного тока при зарядке аккумуляторных батарей, в стабилизаторах напряжения и для других целей. Существуют магнитные усилители с насыщающимися реакторами и с самонасыщением (с самопод-магничиванием).

Магнитные усилители с насыщающимися реакторами. В таком магнитном усилителе используют два насыщающихся реактора L1 и L2 (рис. 235, а). Каждый из них выполнен в виде катушки 1 (рабочей обмотки) с ферромагнитным сердечником 3 и подмагничивающей обмоткой 2, по которой проходит постоянный ток (ток управления Iv).

Рабочие обмотки 1 реакторов L1 и L2 включают согласованно, чтобы переменные э. д. с. еL1 и еL2, индуцированные в них, складывались, а обмотки управления 2 включают встречно, чтобы э. д. с. ey1 и ey2, индуцированные в них, были направлены навстречу друг другу и взаимно уничтожались.

Входом магнитного усилителя, на который подается управляющий сигнал Uу, являются зажимы а и b обмоток управления обоих реакторов. Выходом усилителя служат точки с и d, к которым подключают нагрузку Rн. Если нагрузка питается переменным током, то она включается последовательно с рабочими обмотками реакторов L1 и L2. Такой магнитный усилитель называют усилителем с выходом на переменном токе. Если нагрузка Rн рассчитана на питание постоянным током, то ее включают через выпрямитель В (рис. 235,б). Магнитный усилитель в этом случае называют усилителем с выходом на постоянном токе.

Источником питания магнитного усилителя служит сеть переменного тока или трансформатор, подключенный к питающей сети (когда напряжение питания отличается от напряжения сети).

Магнитный усилитель обладает способностью усиливать электрические сигналы. Это объясняется тем, что мощность, потребляемая обмоткой управления и расходуемая на ее нагрев, во много раз меньше мощности, передаваемой нагрузке Rн. Поэтому, затрачивая малую мощность в обмотке управления, можно регулировать значительно большую мощность, поступающую к нагрузке Rн. При работе усилителя не происходит какого-либо нарушения закона сохранения энергии. В данном случае передача мощности нагрузке производится не от цепи управления, а от источника

Рис. 235. Схемы магнитных усилителей с насыщающимися реакторами с выходом на переменном (а) и постоянном (б) токе

питания переменного тока. Управляющий сигнал Uy постоянного тока позволяет лишь изменять значение этой мощности.

Магнитный усилитель работает следующим образом. Когда на вход усилителя не подается управляющий сигнал (напряжение на входе усилителя Uу и ток управления Iу равны нулю), сердечники реакторов не насыщены и рабочие обмотки 1 имеют большое индуктивное сопротивление. Поэтому ток в цепи нагрузки будет мал. Его называют начальным, или током холостого хода усилителя. Напряжение на нагрузке Uн (выходное напряжение) будет также мало, так как большая часть напряжения питания U теряется в виде падения напряжения IXL в рабочих обмотках. Следовательно, будет мала и мощность, поступающая к нагрузке от источника питания.

При подаче в обмотки управления 2 тока управления Iу сердечники реакторов подмагничиваются и индуктивное сопротивление XL рабочих обмоток 1 уменьшается. При этом растут ток в цепи нагрузки и поступающая к ней мощность.

Для магнитного усилителя справедливо такое же уравнение магнитодвижущих сил, что и для трансформатора:

Fp = Fy

где

Fp = I?p — м. д. с. рабочей обмотки;
Fy = Iy?y — м. д. с. обмотки управления;
?p, ?y— число витков рабочей обмотки и обмотки управления.

Отсюда получаем зависимость тока I в цепи рабочих обмоток от тока управления Iу:

I = (?y/?p) Iу (79)

Приведенное соотношение справедливо только до тех пор, пока ток Iу не достигает значения Iy max, при котором сердечники реакторов будут насыщены в течение всего периода изменения питающего напряжения u. В этом случае индуктивное сопротивление рабочих обмоток станет равным нулю и магнитный усилитель теряет свои управляющие свойства.

Зависимость тока 1 в цепи рабочих обмоток от тока управления Iу при постоянном напряжении U источника питания называется характеристикой управления магнитного усилителя. Характеристика управления для идеализированного магнитного усилителя (рис. 236, а), построенная по формуле (79), симметрична относительно оси тока I, так как при изменении направления под-магничивающего тока Iу электромагнитные процессы в усилителе не изменяются.

У реального магнитного усилителя при Iу = 0 существует небольшой ток холостого хода I0 (усилитель имеет некоторое конечное индуктивное сопротивление XL) и характеристика управления (рис. 236, б) не имеет резкого перелома в точке, соответствующей Iу max.

Рис. 236. Характеристики управления идеализированного (а) и реального (б) магнитного усилителя

Рис. 237. Характеристики управления при наличии обмотки смещения (а) и положительной обратной связи (б)

Крутизна характеристики управления определяет коэффициенты усиления по току кi, и по мощности кр. Коэффициент усиления по току представляет собой отношение тока I в цепи нагрузки к току Iy в цепи управления, коэффициент усиления по мощности — отношение мощности Рн, передаваемой нагрузке, к мощности Ру, потребляемой обмоткой управления.

Для того чтобы ток холостого хода был по возможности мал, а рабочие участки характеристики имели большую крутизну с целью увеличения коэффициентов усиления по току и по мощности, магнитную систему реакторов L1 и L2 выполняют на тороидальных сердечниках из пермаллоя. Часто применяют сердечники, навитые из холоднокатаной стальной ленты, так же как и в трансформаторах малой мощности. Усилители большой мощности изготовляют из листовой электротехнической стали на П- или Ш-образных сердечниках. Сердечники собирают весьма тщательно. Воздушные зазоры в стыках пластин должны быть по возможности малы. При возникновении зазоров свойства усилителя ухудшаются, так как его индуктивное сопротивление меньше зависит от тока управления. Следовательно, характеристика усилителя становится более пологой — уменьшаются коэффициенты усиления по току к по мощности. Современные магнитные усилители позволяют получать коэффициенты усиления ki ?100 и kp ? 1000.

Магнитный усилитель, выполненный по схемам рис. 235, имеет симметричную характеристику управления, т. е. одинаково реагирует на то или иное направление тока управления. В ряде случаев требуется, чтобы ток нагрузки изменялся различным образом в зависимости от полярности сигнала управления. Для этой цели в усилителе создают некоторое начальное подмагничивание при помощи специальной обмотки, обтекаемой постоянным током Iсм. Она называется обмоткой смещения и располагается на сердечнике так же, как и обмотка управления (при наличии нескольких обмоток управления одну из них обычно используют в качестве обмотки смещения).

При включении обмотки смещения характеристика управления усилителя сдвигается влево (рис. 237, а) на величину Fсм/?y (здесь Fсм = Iсм?см — м. д. с. обмотки смещения). В этом случае при отсутствии тока в обмотке управления ток в цепи нагрузки имеет некоторое значение Iнач, которое будет увеличиваться или уменьшаться в зависимости от направления тока управления Iу. Введение начального подмагничивания одновременно повышает коэффициент усиления для малых токов Iу, поскольку при этом повышается крутизна характеристики управления.

В магнитном усилителе, составленном из двух отдельных реакторов (см. рис. 235), в каждой из обмоток управления могут индуцироваться значительные э. д. с. еу, что заставляет выполнять их с усиленной изоляцией. Поэтому часто оба реактора конструктивно объединяют в один аппарат, который имеет обмотку управления 2, общую для двух реакторов (рис. 238, а). При таком выполнении результирующий магнитный поток, пронизывающий обмотку управления, будет мал и в ней практически не будет индуцироваться э.д.с. Сердечники разделяют немагнитной прокладкой 3, при этом по каждому из стержней, охватываемых обмоткой управления, проходит переменный магнитный поток, который интенсивно перемагничивает сердечники (снимает остаточную индукцию, возникающую при изменении тока управления) и уменьшает тем самым влияние остаточного магнетизма на характеристику усилителя. В некоторых случаях магнитный усилитель выполняют на трехстержневом сердечнике (рис. 238,б).

Обычно магнитные усилители имеют не одну, а несколько обмоток управления, которые позволяют изменять выходное напряжение Uн и ток нагрузки I в зависимости от различных факторов. Например, магнитные усилители, устанавливаемые на некоторых тепловозах, имеют четыре обмотки управления.

Обратные связи в магнитных усилителях. Магнитные усилители обычно выполняют с обратными связями, которые обеспечивают увеличение стабильности работы усилителя и повышение его коэффициента усиления.

Обратной связью в усилителе называется воздействие выходного тока или напряжения на его вход. Она может быть внешней и внутренней. Для создания внешней обратной связи в усилителях предусматривают специальную обмотку (рис. 239), которая дополнительно подмагничивает или размагничивает сердечник. Она располагается на сердечнике так же, как и обмотки управления и смещения, и питается выпрямленным током, пропорциональным току нагрузки или напряжению на нагрузке. Обратная связь может быть положительной и отрицательной. Если при возрастании тока нагрузки или напряжения на нагрузке обмотка обратной связи усиливает действие входного сигнала, то обратная связь называется положительной. Ее используют для повышения коэффициента усиления. Если же при возрастании тока или напряжения на нагрузке обмотка обратной связи ослабляет действие входного сигнала, то связь называется отрицательной. Такую связь вводят в системы автоматического регулирования для повышения устойчивости их работы.

Обычно обмотку обратной связи включают через выпрямитель,

Рис. 238. Схемы магнитного усилителя с насыщающимися реакторами со сдвоенным (а) и с трехстержневым (б) сердечниками

Рис. 239. Принципиальная схема магнитного усилителя с обмотками смещения и обратной связи

который присоединяют параллельно или последовательно нагрузке. В первом случае ток Iос в обмотке обратной связи будет пропорционален выходному напряжению Uн (обратная связь по напряжению), во втором—току Iн в цепи нагрузки (обратная связь по току). Если нагрузка питается выпрямленным током, то можно использовать один общий выпрямитель для питания нагрузки и создания обратной связи.

В магнитном усилителе с выходом на постоянном токе (см. рис. 239) имеются два реактора L1 и L2 с сердечниками 1, на каждом из которых намотаны рабочие обмотки 2, обмотки управления 3, смещения 4 и положительной обратной связи по току 5. Нагрузка Rн и обмотки положительной обратной связи по току включены через выпрямитель 6. Параллельно обмоткам 5 присоединен резистор 7, посредством которого можно регулировать ток Iос в этих обмотках. Обмотки 3, 4 и 5, расположенные на сердечниках двух реакторов L1 и L2, включены встречно, чтобы индуцируемые в них переменные э. д. с. взаимно уничтожались. Начала всех обмоток обозначены точками (при этом принимается, что все обмотки намотаны в одном направлении). Обмотки смещения 4 создают м. д. с, направленную против м. д. с. обмоток 3 и 5. Вместо двух обмоток обратной связи и смещения можно применить по одной, охватывающей стержни обоих реакторов, как это показано на рис. 238 для обмоток управления.

При наличии положительной обратной связи (когда ток Lос направлен так же, как и ток Iу) характеристика управления будет иметь большую крутизну (см. рис. 237,б). Следовательно, при этом увеличиваются коэффициенты усиления по току кi и по мощности кр.

При изменении направления тока Iос обратная связь становится отрицательной (обмотка обратной связи будет создавать м. д. с. направленную противоположно м. д. с. обмотки управления). Крутизна рабочего участка характеристики управления, а также коэффициенты усиления по току и мощности в этом случае уменьшаются.

Магнитные усилители с самонасыщением. Положительную обратную связь можно обеспечить и без специальной обмотки обратной связи. Для этого последовательно с каждой рабочей обмоткой 2 реактора включают полупроводниковые вентили 4 (рис. 240). При таком включении по рабочим обмоткам реакторов L1 и L2 протекает выпрямленный пульсирующий ток (в один полупериод — ток i2 в другой полупериод — ток i2), постоянная составляющая которого обеспечивает дополнительное подмагничивание их сердечников 3. Следовательно в этом усилителе рабочие обмотки являются одновременно и подмагничивающими, т. е. имеет место внутренняя положительная обратная связь, при которой роль тока Iос обратной связи выполняет постоянная составляющая тока нагрузки. Коэффициент усиления по мощности такого усилителя весьма высок, так как большая часть мощности, необходимой для подмагничивания сердечников, забирается из цепи переменного тока и ток Iу в обмотках управления 1 может быть существенно уменьшен.

В магнитном усилителе, показанном на рис. 241, а, в оба полупериода переменного питающее напряжения через рабочие обмотки реакторов L1 и L2 проходят попеременно пульсирующие токи i1 и i2, вызывая переменное насыщение их сердечников. При этом к нагрузке RH приложено переменное напряжение uн и через нее проходит переменный ток I. В усилителе, показанном на рис. 241,б, через рабочие обмотки также проходят попеременно токи i1 и i2, но через нагрузку Rн они проходят всегда в одном и том же направлении и к ней приложено постоянное напряжение Uн.

Магнитные усилители с самонасыщением используют в качестве регуляторов системы возбуждения генераторов на некоторых тепловозах. Если требуется регулировать электрические установки
большой мощности, то применяют трехфазные магнитные усилители.

Трансформаторы постоянного тока и напряжения. С помощью магнитных усилителей можно создать трансформаторы постоянного тока и напряжения. Трансформатор постоянного тока представляет собой однофазный магнитный усилитель, состоящий из двух реакторов L1 и L2 (рис. 242,а), у которых рабочие обмотки 1 соединены последовательно. Обмотки подмагничивания также соединяют последо-

Рис. 240. Схема магнитного усилителя с самонасыщением

Рис. 241. Принципиальные схемы магнитных усилителей с самонасыщением с выходом на переменном (а) и постоянном (б) токе: 1 — обмотка управления; 2 — рабочая обмотка; 3 — сердечники; 4 — полупроводниковые вентили

вательно и встречно или их роль выполняет кабель 2, пропущенный через окна сердечников обоих реакторов. При изменении постоянного тока I1, проходящего по цепи подмагничивающей обмотки или по кабелю 2, изменяется насыщение сердечников, а следовательно, и переменный ток I2 в цепи рабочих обмоток. При работе усилителя на прямолинейной части характеристики управления ток I2 будет изменяться пропорционально току I1. С помощью выпрямителя 3 переменный ток I2 можно преобразовать в постоянный I’2, который также будет пропорционален току I1.

Трансформатор постоянного напряжения (рис. 242,б) выполняется так же, как и трансформатор постоянного тока, но его подмагничивающие обмотки 2 подключают через добавочный резистор к двум точкам, между которыми действует напряжение U1 постоянного тока. Рабочие обмотки 1 для повышения точности включают параллельно (в этом случае существенно снижаются

Рис. 242. Схемы трансформаторов постоянного тока (а) и постоянного напряжения (б)

э. д. с. четных гармоник, индуцируемых в обмотках 2). При изменении напряжения U1 изменяется ток подмагничивания I1, а следовательно, и ток I2 в цепи рабочих обмоток. При работе усилителя на линейной части характеристики токи I2, I’2 и выпрямленное напряжение U2 будут пропорциональны напряжению U1.

Содержание

Принцип действия

Дроссельный магнитный усилитель

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

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

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

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.

Применение

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. 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.

Противонакипные устройства: обзор современных технологий

Мы не зря начали обзор с видео, т.к. посмотрев его Вы сможете САМОСТОЯТЕЛЬНО сделать противонакипное магнитное устройство!

Сложности выбора в современных условиях часто базируются на многообразии предложений. Определенную роль сыграли такие факторы, как перенос производства в страны меньшей стоимостью трудовых ресурсов, а также совершенствование самих процессов создания новых продуктов. Но в данном случае большое значение имеет проблема борьбы с соответствующими образованиями. Противонакипные устройства нужны самым разным потребителям, частным и коммерческим. Но мы ограничим наше исследование рамками бытовой сферы применения такого специфического оборудования. Это позволит сузить номенклатуру изделий, рассмотреть подробнее каждую из технологий.

Самые простые решения и ограничения, с которыми придется считаться

Широкая гамма специализированных средств. Ее можно увидеть в каждом хозяйственном отделе современного гипермаркета. Изучив инструкцию по эксплуатации не трудно выяснить, что такие препараты надо использовать при каждой стирке. Это правильно, ведь стоит на поверхности ТЭНа появиться первым частицам накипи, к ним будет проще присоединяться иным отложениям. Если забыть о регулярном применении средства, то система защиты нарушится и техника выйдет из строя.

В данном варианте полезные функции выполняют особые соли, полифосфаты. При растворении в воде они образуют вокруг частичек накипи оболочки, которые успешно препятствуют их последующему объединению в единое целое. Подобные ингредиенты, только в относительно меньшем к общему объему количестве, входят в состав большинства современных порошков, гелей и других специализированных средств, предназначенных для стирки.

Но еще удобнее будет использовать полифосфатные фильтры. Собственно говоря, такое название не является абсолютно точным. Эти противонакипные устройства представляют собой цилиндры из прозрачного пластика, которые наполняются солями соответствующего типа. Такие засыпки растворяются при прохождении через них потока жидкости. Они выполняют свои функции автоматически, без нужды в неких действиях со стороны пользователя. Понадобится только вовремя засыпать наполнитель. Такие наборы и расходные материалы стоят относительно недорого, что также стоит отметить, как положительный параметр.

Теперь перейдем к недостаткам и ограничениям:

  • Сложно выяснить и подтвердить подлинность многих средств, в том числе и тех, что относятся к данной категории, пользуясь услугами отечественных торговых сетей. Меду тем, проверить эффективность препаратов чистки газовой колонки от накипи, чистоту поверхности нагревательных элементов, будет трудно;
  • Та проблема решается частично, если приобретать профессиональные средства в специализированных сервисных центрах и магазинах. Они стоят несколько дороже, но здесь можно будет рассчитывать на определенные гарантии качества;
  • Для использования этих препаратов пригодятся упомянутые выше виды фильтров. Их придется устанавливать, как можно ближе к технике, иначе нужный эффект не будет получен;
  • Во всех вариантах применения таких средств, придется строго соблюдать перечисленные выше правила, обязательную регулярность использования при каждой стирке.

Такие противонакипные устройства ПМУ 1 не являются универсальными. Полифосфатные добавки нельзя применять в пищу. Именно поэтому они пригодны только для защиты стиральных машин и тех контуров котлов, которые работают на систему отопления.

Самое идеальное противонакипное магнитное устройство

Здесь можно сразу отвергнуть сомнения и теоретические возражения о не эффективности устройств магнитной водоподготовки. Положительное практическое применение убедительно оказывает, что по комплексу всех критериев на первую ступень победного пьедестала разместить следует систему обратного осмоса. Стандартный даже недорогой бытовой набор такого противонакипного магнитного устройства состоит из нескольких ступеней выполняющих определенные полезные функции. Но центром любой установки является особая мембрана (полупроницаемая). Она физически не способна без разрушения собственной целостности пропустить частицы, больше молекул воды. Конечно, такой преграды будет вполне достаточно, чтобы точно задержать соединения в растворенном виде, или уже в твердом состоянии, как накипь.

Как и в предыдущем случае, пользователю придется следить за состоянием противонакипного магнитного устройства, но никаких особых хлопот не возникнет. Ему надо будет только вовремя менять картриджи. Основная действующая часть, мембрана, сохранит свою работоспособность в отменном состоянии несколько лет.

Именно высочайшая степень очистки и сравнительно небольшие эксплуатационные затраты объясняют популярность установок обратного осмоса. Но как полноценные противонакипные магнитные устройства они не подойдут. Ограничением здесь является не высокая производительность, от 180 до 240 литров за 24 часа, чего явно недостаточно для полного удовлетворения гигиенических, хозяйственных и других потребностей.

Очень производительное и удобное противонакипное устройство (ПМУ)

Эти наборы техники позволяют решить успешно обозначенную в предыдущем разделе проблему. Так какое оно — идеальное, удобное и производительное ПМУ? Специальные гранулы (ионообменные смолы) засыпаются в большом количестве в крупный бак. Через них пропускается вода с повышенной жесткостью. Имеющиеся в ней изначально соли кальция и магния задерживаются наполнителем. В жидкость поступают ионы натрия, которые не способны образовать накипь.

После того как будет достигнут определенный производителем порог насыщения, производится промывка. Для нее используют специально подготовленный раствор поваренной соли. Он полностью восстановит исходные функциональные возможности ионообменных смол. Если вовремя выполнять эти процедуры, то можно продлить общий срок службы одной засыпки до 10-ти леи и более того.

Упомянутые выше удобства ПМУ будут присутствовать только при достаточном оснащении набора данного типа. В его состав следует включить датчики, клапаны, соединительные шланги, специальный блок, снимающий необходимые показания и передающий команды на выполнение исполнительными механизмами процессов промывки и регенерации. Почти все новейшие установки ионного обмена комплектуются этими противонакипными устройствами ПМУ. Такое решение несколько увеличивает стоимость, но обеспечивает высокий уровень комфорта, который по достоинству ценится современными пользователями.

Как и ранее, перечислим некоторые нюансы, о которых следует знать до покупки ПМУ:

  • Все полноценные противонакипные устройства ПМУ отличаются большой сложностью, что снижает общую надежность, увеличивает риск внезапного появления поломок;
  • Эта технология функционирует оптимально только при хорошей настройке. Коррекции придется производить при каждом существенном изменении уровня жесткости (в большую или меньшую сторону);
  • Для установки такого крупного набора оборудования понадобится соответствующее место подключение к водоснабжению, электрически сетям, канализации. Пригодится наличие отдельного помещения с хорошей звуковой изоляцией.

Оборудование, которое не создает для пользователя никаких дополнительных проблем

Противонакипные устройства, работающие с использованием магнитного поля, не изменяющего химический состав воды, выполняют все свои функции отлично. Самыми мощными и долговечными являются новые модели, с генератором импульсов. Они вообще не нуждаются в уходе, кроме процедур по подержанию чистоты корпуса. Их защитные свойства даже в недорогих моделях распространяются по длине труб на расстояние несколько сотен метров. После такого воздействия соли жесткости изменяют привычную форму на другую, игольчатую. Это не позволяет частицам соединяться в виде накипи.

Недостатком, довольно условным, можно признать только расход электроэнергии. Но потребляемая мощность (от 5 до 29 Вт в час) не велика. Эти затраты вполне допустимо отнести в разряд незначительных проблем.

Магнитный преобразователь воды. Магнитный фильтр для воды и магнитный умягчитель воды

Противонакипное магнитное устройство функционирует за счет грамотного использования особых связей между отдельными молекулами, специальных воздействий на структуру веществ, процессов кристаллизации. До сих пор производятся эксперименты по совершенствованию данной технологии, изучаются дополнительные свойства жидкости, которые она приобретает после такой обработки.
Почему бы не решить задачу проще? Вопрос этот вполне разумен, ведь всем известно о великолепных способностях систем обратного осмоса удалять практически 100% всех примесей. Увы, но эти установки недостаточно производительны. Стандартные бытовые системы способны за час накопить только 180-200 литров очищенной жидкости. Такого количества не хватит для удовлетворения всех нужд.
Для питания душа потребуется не менее 6-7 таких магнитных смягчителей воды, работающих параллельно. При этом надо учесть, что потребуется установка дополнительных насосов, так как обычного давления в системе городских водопроводных коммуникаций будет недостаточно. При желании такой проект можно осуществить, но простейший расчет быстро докажет его экономическую нецелесообразность.
Не все вопросы можно решить с использованием химических реакций!
Следующая идея, также достаточно простая, заключается в следующем. Если противонакипное магнитное устройство работает на комбинации нескольких принципов, то почему бы не использовать широкие возможности только одной науки, химии? Соответствующие решения представлены на рынке специальной группой продуктов, основу большинства которых составляют полифосфаты.
Такие засыпки при растворении в воде образуют защитный слой вокруг молекул. Если не слишком велик уровень жесткости. Производители таких изделий утверждают, что вреда для здоровья образующиеся соединения не представляют, однако при этом рекомендуют использовать их только для подготовки технической воды.
Это и является основным ограничением для широкого применения этих фильтров на практике. Между тем, противонакипное магнитное устройство никак не влияет на состав воды. Его работу не надо контролировать. В него не надо засыпать сомнительные химические соединения. Если говорить в общем, то с таким устройством работать гораздо легче. После разовой установки «АкваЩита» можно вовсе не вспоминать о его существовании, но при этом он самостоятельно будет выполнять все необходимые вам функции защиты.
Самое дорогое – это не самое лучшее!
Убедиться в этом не трудно, если сравнить противонакипное магнитное устройство с установкой, в которой используется засыпка из ионообменных смол. Подобное оборудование позиционируется на рынке, как самое совершенное. Подробное изучение его позволяет выяснить следующие факты:

  • Оно в действительности является наиболее дорогим по сравнению с иными установками;
  • Чтобы обеспечить достаточную производительность и непрерывность работы такого оборудования, надо приобретать несколько крупных баков для ингредиентов. Для их размещения лучше всего выделить отдельное помещение. Это доступно владельцам больших квартир и личных домов;
  • Для подключения системы потребуется наличие водопровода и канализации с определенными параметрами производительности. В большинстве случаев требуется установка помпы, повышающей давление, монтаж обводных труб, дополнительной арматуры. Все эти рабочие операции связаны с большими затратами денег и времени. Выполнить их правильно смогут только опытные специалисты;
  • Дальнейшая эксплуатация гидромагнитной системы преобразования солей жесткости потребует наличия профессиональных знаний. Каждое изменение концентрации солей жесткости следует корректировать соответствующими настройками аппаратуры. Если этого не выполнять, то оборудование будет работать не в оптимальном режиме, что повысит расходы на его содержание;
  • Эксперты советуют не экономить чрезмерно при определении с конкретной маркой такого оборудования. Оно будут работать долго только тогда, когда производитель на самом деле способен предоставить надежные гарантии качества;
  • Подобные рекомендации вполне уместны и при выборе блоков управления для данных систем. Их качество должно быть отличным, ведь работать они будут в дальнейшем с регулярными большими нагрузками в автономном режиме;
  • Владелец такого оборудования будет вынужден постоянно пополнять запасы регенерационного раствора, выполнять контрольные операции.

Принцип действия магнитного усилителя

Вспомним формулу:

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

= 1.257E-9 * * * ^2 /

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.

:: (в начало статьи)

1 2 3 4

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

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

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи. сообщений.

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…

Поясните пожалуйста, как понимать элементы формул ‘1.257E-9’, ‘2.5E5’, ‘1.257E-3’ и т.п. Благодарю. Читать ответ…

Еще статьи

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

Преобразователь однофазного в трехфазное. Конвертер одной фазы в три. …
Схема преобразователя однофазного напряжения в трехфазное….

Силовой мощный импульсный трансформатор, дроссель. Намотка. Изготовить…
Приемы намотки импульсного дросселя / трансформатора….

Питание светодиода. Драйвер. Светодиодный фонарь, фонарик. Своими рука…
Включение светодиодов в светодиодном фонаре….

устройство для резервного, аварийного, запасного питания котла, циркул…
У меня установлен газовый отопительный турбо котел, требующий электропитания. Кр…

Резонансный инвертор, преобразователь напряжения повышающий. Схема, ко…
Инвертор 12/24 в 300. Резонансная схема….

Микроконтроллеры. Составление программы. Инструменты проектирования сх…
Как и с помощью чего программировать и отлаживать микро-контроллеры, проектирова…

Инвертирующий импульсный источник питания. Онлайн расчет. Форма. Подав…
Как рассчитать инвертирующий импульсный преобразователь напряжения. Как подавить…

Магнитные усилители с обратными связями

В магнитных усилителях с самонасыщением по рабочим обмоткам наряду с переменной протекает и постоянная составляющая напряжения, которая дополнительно подмагничивает сердечники. По этой причине их иногда называют магнитными усилителями с внутренней обратной связью. В таких усилителях большую часть подмагничивающего поля составляет именно магнитное поле обратной связи и лишь сравнительно небольшую часть — магнитное поле управляющего сигнала.

Рисунок 10 — Схема магнитного усилителя с внешней обратной связью

Магнитное поле обратной связи может быть создано, например, путем подачи тока нагрузки в специальную обмотку обратной связи wo.c (Рисунок 10), называемую внешней.

Использование внутренней обратной связи, особенно в мощных магнитных усилителях (по сравнению с магнитными усилителями с внешней обратной связью) существенно повышает их КПД и максимальную мощность.

Для достижения больших значений kо.с в схемы усилителей с внутренней обратной связью дополнительно вводится обмотка обратной связи (Рисунок 11).

Рисунок 11 — Схема магнитного усилителя со смешанной обратной связью

Поскольку в этом случае в усилителе действует как внутренняя, так и внешняя обратная связь, эту схему часто называют схемой со смешанной обратной связью. Статические характеристики усилителя при различных значениях kо.с даны на (Рисунок 12).

Рисунок 12 — Статические характеристики магнитного усилителя со смещено обратной связью

Динамические свойства магнитных усилителей с самонасыщением характеризуются постоянной времени:

(5)

где kU — коэффициент усиления по напряжению, kU = ?UH/?Uy.

Двухтактные магнитные усилители

Двухтактным магнитным усилителем называется усилитель, обладающий статической характеристикой, при которой изменение полярности управляющего сигнала вызывает изменение полярности выходного напряжения или изменение фазы выходного напряжения на 180° (Рисунок 13).

Двухтактные схемы нередко применяют для повышения стабильности характеристик усилителя или снижения тока холостого хода, равного IHmin, и повышения коэффициента кратности тока нагрузки IHmax/IHmin даже в тех случаях, когда не требуется изменять фазу или полярность выходного напряжения.

Двухтактные магнитные усилители могут быть выполнены с обратной связью и без нее, а также по специальным быстродействующим схемам.

Рисунок 13 — Статическая характеристика двухтактного магнитного усилителя

Двухтактные магнитные усилители с выходом на несущей частоте применяются главным образом для управления двигателями переменного тока и их реверсирования, а также в качестве магнитных модуляторов.

Двухтактные магнитные усилители с выходом на постоянном токе используются для управления двигателями постоянного тока и их реверсирования, а также для управления полем генератора постоянного тока, поляризованными электромагнитами, реле, муфтами и т.д.

Простейшие двухтактные магнитные усилители обычно выполняются путем соединения двух однотактных усилителей по дифференциальной схеме (Рисунок 14).

Рисунок 14 — Дифференциальная схема двухтактного магнитного усилителя

Оба усилителя в этой схеме питаются от одного трансформатора Тр с двумя одинаковыми вторичными обмотками. Токи смещения Iс’м и Iсм» поступающие в обмотки wсм, создают начальное подмагничивающее поле. Переменное сопротивление Rсм служит для балансирования (установки нуля) усилителя при отсутствии сигнала на его входе. Ток усиливаемого сигнала Iу поступает в обмотки wу и создает магнитное поле, совпадающее по направлению с полем смещения в одной паре сердечников и имеющее противоположное направление в другой паре. Поэтому ток I1 на выходе одного усилителя растет, а ток I2 на выходе другого усилителя уменьшается. Благодаря тому, что в нагрузке эти токи вычитаются, на выходе усилителя появляется ток нагрузки, значение которого Iн = I1 — I2. При отсутствии сигнала на входе усилителя I1 = I2 и ток нагрузки равен нулю. При изменении полярности управляющего сигнала ток I1 на выходе первого усилителя начинает уменьшаться, а ток I2 на выходе второго усилителя возрастает. При этом результирующий ток Iн изменит свою фазу на 180°.

2.5.1 Магнитный усилитель с положительной обратной связью

Положительная обратная связь — это такая связь, сигнал которой усиливает действие входного сигнала в управляю­щей обмотке. Иначе говоря, если входной сигнал намагничивает сердечник, то сигнал положительной обратной связи должен сум­мироваться с входным и тем самым увеличивать намагниченность сердечника, и наоборот, т. е. Uвых= Uос+Uc.

Благодаря сигналу положительной обратной связи намагни­ченность сердечника и выходной сигнал дополнительно увеличиваются или уменьшаются при неизменном по величине сигнале на входе. Поэтому положительная обратная связь увеличивает коэффициент усиления магнитного усилителя и повышает его чув­ствительность.

Чсм сильнее положительная обратная связь (чем больше kос), тем при меньшем сигнале Uc будет получен один и тот же сигнал на выходе.

В магнитном усилителе с положительной обратной связью для получения нужной намагниченности сердечника требуется меньший входной сигнал в управляющей обмотке, так как некоторая намагниченность создается сигналом обратной связи.

Коэффициент усиления может быть значительным—порядка нескольких тысяч.

Рис. 2.5.1, Магнитный усилитель с внешней об­ратной связью

2.5.3 Магнитный усилитель с внешней обратной связью

Ограничимся рассмотрением внешней обратной связи.

Внешняя обратная связь (рис. 2.5.1)—это связь, сигнал ко­торой действует на намагниченность сердечника через специаль­ную обмотку обратной связи ос.

В цепи рабочей обмотки р включены источник питания, со­противление нагрузки Rн и выпрямительный мост ВМ.

По обмотке обратной связи протекает постоянный ток обрат­ной связи Iос- Сопротивление обратной связи Rос служит для ре­гулирования величины тока обратной связи. Чем больше Rос, тем меньше Iос, и наоборот, Поэтому, изменяя величину Rос, мож­но регулировать коэффициент обратной связи. Ток Iос создает магнитный поток Фос всегда одного направления.

При наличии обратной связи магнитный усилитель будет иметь начальное подмагничивание, поэтому отпадает необходимость в специальной обмотке подмагничивания для придания усилителю способности реагировать на полярность входного сигнала.

В зависимости от полярности входного сигнала Uс магнитные потоки обмоток у и ос могут действовать согласно или встречно.

Таким образом, входного сигнала Uс с полярностью, при которой потоки Фу и Фос складываются, связь положительная.

Для входного сигнала Uс с обратной полярностью—связь от­рицательная.

Характеристика магнитного усилителя с обратной связью по­казана на рис. 2.5.2 сплошной линией. Для сравнения на этом же рисунке штриховой линией показана характеристика магнит­ного усилителя без обратной связи.

Когда сигнал на входе равен нулю Uс =0, сердечник имеет начальное подмагничивание за счет сигнала обратной связи и начальный ток Iн0 несколько больше минимально возможного тока нагрузки (соответствующего точке а).

Рис. 2.5.2

При входном сигнале Uс >0 (положительная обратная связь) магнитные потоки Фу и Фос складываются, намагниченность сердечника возрастает, магнитная проницаемость уменьшается, и индуктивность и индуктивное сопротивление также уменьшаются, а ток нагрузки Iн возрастает еще в большей степени благодаря положительной обратной связи.

При входном сигнале Uс <0 обратная связь будет оставаться положительной до точки а. Поясним это утверждение. Входной сигнал Uс направлен на уменьшение тока Iн. Сигнал обратной связи создаст Фос, направленный против Фу, значит намагничен­ность уменьшится, магнитная проницаемость увеличится, L и xL увеличатся, а ток Iн уменьшится, т. е. напряжение обратной связи усиливает входной сигнал.

При дальнейшем увеличении входного сигнала той же поляр­ности (Uс <0) поток Фу возрастет и станет больше магнитного потока Фос (участок характеристики влево от точки а).

В этом случае действие входного сигнала направлено на уве­личение тока нагрузки (происходит перемагничивание сердечни­ка), а обратная связь продолжает размагничивающее действие сердечника, т. е уменьшает ток Iн, таким образом, действие обрат­ной связи направлено против действия входного сигнала. Поэтому начиная с точки а (левая ветвь характеристики) обратная связь будет отрицательной.

Но поскольку сигнал отрицательной обратной связи будет про­тиводействовать намагниченности сердечника, то для получения одного и того же тока нагрузки потребуется значительно боль­ший ток Iу, чем в усилителе без обратной связи, т. е. коэффициент усиления уменьшается.

Из этого следует, что левая ветвь характеристики магнитного усилителя с обратной связью пойдет положе, чем без неё.

Сравнивая характеристки, изображенные на рис. 2.5.2, видим, что характеристика магнитного усилителя с обратной связью сдвигается под действием сигнала обратной связи и поворачи­вается на некоторый угол.

Поворот характеристики происходит потому, что крутизна правой ветви характеристики возрастает за счет положительной обратной связи (ПОС), а левой—уменьшается за счет отрицатель­ной обратной связи (ООС).

Чем больше коэффициент обратной связи kос, тем больше сдвиг и угол поворота характеристики.

При достаточно сильной положительной обратной связи пра­вая ветвь характеристики проходит почти вертикально, т. е. по­дача небольшого сигнала на вход усилителя вызывает резкий скачок тока нагрузки. Такой режим работы магнитного усилителя называется релейным, а сам усилитель, но существу, превращается в бесконтактное реле. Подобные бесконтактные реле обладают высокой чувствительностью и находят все большее применение в авиационной автоматике.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *