Un amplificador magnético ( amplistat - del inglés amplifier - amplificador y static - estático, sin partes móviles, transductor - del inglés transductor ) es un dispositivo electromagnético cuyo funcionamiento se basa en el aprovechamiento de las propiedades magnéticas no lineales de los materiales ferromagnéticos [1] y está diseñado para amplificar o convertir señales eléctricas [2] . Se aplica en sistemas de regulación, gestión y control automáticos [3] .
El funcionamiento del amplificador magnético se basa en la no linealidad de la característica de magnetización del circuito magnético .
En las varillas extremas del amplificador magnético hay un devanado de trabajo , que consta de dos bobinas conectadas en serie y opuestas.
El contraencendido de los devanados de trabajo es necesario para que la FEM total en el devanado de control, inducida desde el devanado de trabajo, sea igual a cero. El devanado de control de un gran número de vueltas W= se coloca en la varilla central. Si no se le suministra corriente, y se aplica un voltaje alterno U~ al devanado de trabajo conectado en serie con la carga, entonces debido a la pequeña cantidad de vueltas W~, el circuito magnético no está saturado y casi todo el voltaje cae sobre la reactancia de los devanados de trabajo Z~. En este caso, se asigna poca potencia a la carga . Si ahora pasamos la corriente Iу a través del devanado de control, incluso con su valor pequeño (debido al gran W \u003d), se produce la saturación del circuito magnético. Como resultado, la reactancia del devanado de trabajo disminuye bruscamente y aumenta la cantidad de corriente en el circuito. Por lo tanto, por medio de pequeñas señales en el devanado de control, es posible controlar una cantidad significativa de energía en el circuito de trabajo del amplificador magnético.
Pero tal diseño de la MU tiene una serie de desventajas: baja ganancia y no linealidad, ya que con corrientes de control bajas, la corriente de operación también será pequeña (esto se debe a la no linealidad al comienzo de la característica de carga de la MU y, por lo tanto, , su pequeña pendiente), en el circuito de carga a corriente de control cero habrá una corriente distinta de cero (corriente sin carga) además, la corriente de operación no dependerá de la polaridad de la corriente de control. Para aumentar la ganancia e introducir la dependencia de la corriente de operación de la polaridad de la corriente de control, se usa un devanado adicional en la MU, el llamado. "bobinado de polarización", al aplicar un voltaje constante de una fuente separada, puede seleccionar el punto de operación de la MU (el punto en la corriente de control igual a cero), que puede lograr una dependencia lineal de la corriente de operación del control y un aumento significativo en la ganancia, así como la dependencia de la corriente de operación de la polaridad de la corriente de control , mientras que dependiendo de la relación de la polaridad de los voltajes en el devanado de control y el devanado de polarización, la característica de carga cambiará: cuando los devanados se encienden en consonancia, la característica se desplaza hacia la izquierda (ver Fig.
En el caso más simple, un amplificador magnético es un inductor controlado por CC (estrangulador), que está conectado al circuito de CA en serie con la resistencia de carga.
Choke amplificador magnético sin devanado polarizado
Característica de carga de MU sin devanado polarizado
Choke amplificador magnético con devanado polarizado
Característica de carga de MU con devanado polarizado
La inclusión de válvulas semiconductoras : diodos en el circuito del devanado de salida conduce a la saturación del núcleo, ya que la corriente de una dirección fluirá a través de los devanados, y en los momentos en que la corriente de magnetización cae, habrá magnetización residual en el centro. El devanado de control crea un campo que desmagnetiza el núcleo.
Para aumentar la ganancia de las MU, se les introduce retroalimentación (FB), mientras que la retroalimentación puede ser de dos tipos:
Con un sistema operativo externo, se introduce un devanado adicional, que también se enrolla en el núcleo central del circuito magnético, así como en los devanados de control y polarización. En este caso, los devanados OS se incluyen en el circuito de devanado de trabajo de tal manera que con un aumento en la corriente de control y, por lo tanto, la corriente de operación, la corriente en el devanado OS también aumenta, magnetizando adicionalmente el núcleo y aumentando aún más la corriente de funcionamiento. En este caso, la corriente en el circuito del devanado de trabajo es variable, mientras que en el circuito del devanado del OS debe ser constante, por lo que este último se conecta en serie con el circuito del devanado de trabajo a través de un puente de diodos.
Cuando se usa MU con retroalimentación interna, los devanados de trabajo se encienden a través de diodos rectificadores multidireccionales, y la carga se enciende entre el terminal de red y el punto común del devanado, es decir en un medio ciclo, la carga se alimenta de un devanado, y en el otro medio ciclo, del segundo devanado, fluye una corriente de signo constante en cada devanado de trabajo (en este caso, los devanados están conectados para que su magnetización el flujo se dirigió en una dirección), además de magnetizar el núcleo y, por lo tanto, aumentar aún más la corriente en los devanados de trabajo.
En ambos casos, la retroalimentación en una dirección de polaridad en el devanado de control MU es positiva: con un aumento en la corriente de control, el núcleo se magnetiza, la corriente de operación aumenta, magnetizando el núcleo aún más con la ayuda de retroalimentación, aumentando así la corriente de salida aún más; con el voltaje opuesto en el devanado de control, el OS se vuelve negativo. Que. la característica de carga se vuelve más asimétrica, la ganancia en la rama inversa se vuelve muy pequeña, en línea recta aumenta mucho, alcanzando 1000 y, en algunos casos, hasta 3000 - 5000.
Para controlar la dirección de la corriente en una carga con una alta ganancia y una característica de carga muy lineal con baja corriente sin carga, se utilizan amplificadores magnéticos diferenciales. Una MU diferencial es una combinación de dos MU (con OS, devanados de polarización) conectadas de modo que, por un lado, sus devanados de trabajo se encienden en forma opuesta y se les conecta una carga, por otro lado, la carga se conecta a el punto medio del transformador de suministro (los otros dos terminales alimentan el circuito del devanado). Los devanados de control de ambas MU se encienden en serie en direcciones opuestas y cuando se aplica el voltaje de control, un amplificador magnético funcionará con el POS, el otro con el OOS, como resultado, la característica total estará cerca de la característica de la MU operando con el POS, con una disminución en el módulo de corriente de control, la intensidad de la MU con la POS disminuye, y la MU con OOS aumenta, mientras que la característica tiende linealmente a cero, cuando el signo cambia, los roles de MU cambia, y la característica también tiene la misma linealidad en la región opuesta. Se pueden usar DMU similares para controlar motores eléctricos asíncronos, razón por la cual a veces se les llama MU reversibles.
| Característica | amplificador magnético |
|---|---|
| corriente controlada | variable |
| Corriente de control | constante o que cambia lentamente |
| Sensibilidad | 10 -19 W |
| potencia de salida | hasta 500 MVA |
| Ganancia de una etapa | hasta 10 6 |
| Temperatura de trabajo | de 0 K a 500 °C |
| Voltaje de trabajo | no limitado |
El objetivo principal es controlar un accionamiento eléctrico de potencia (común en equipos de construcción), también se utilizaron en estabilizadores de voltaje de CA domésticos , relés sin contacto, para modulación de señal , para duplicación de frecuencia , en atenuadores para luminarias en salas de cine y conciertos. , en una computadora binaria LEM-1 L.I. Gutenmacher y en las computadoras ternarias " Setun " y " Setun-70 " N. P. Brusentsov , control de motores eléctricos potentes, por ejemplo, en trenes de laminación, en los circuitos de control de una locomotora diesel [4 ] [5] [6] . Los amplificadores magnéticos en muchas áreas de la ingeniería eléctrica y la electrónica han sido reemplazados por dispositivos semiconductores activos , pero incluso ahora se usan en varias áreas.
Como antes, los amplificadores magnéticos se utilizan en sistemas para amplificar corrientes continuas de galgas extensométricas . Los dispositivos híbridos, que incluyen un amplificador magnético en miniatura y un amplificador de estado sólido, tienen una deriva cero baja y una alta precisión.
El amplificador magnético permite la medición sin contacto de corrientes continuas en líneas eléctricas. Recientemente, se han utilizado cada vez más sensores Hall más compactos para esto .