Магнитный усилитель
MAGNETIC AMPLIFIER

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение в различных отраслях техники в качестве электрического генератора.
Известен простейший магнитный усилитель, содержащий замкнутый магнитопровод с рабочей обмоткой и источник намагничивающей силы (н.с.) для его подмагничивания в виде второй обмотки на замкнутом магнитопроводе, подключенной к источнику постоянного напряжения через дополнительную индуктивность (В.П. Миловзоров. Электромагнитные устройства автоматики. Изд. четвертое, «Высшая школа», М., 1983, стр. 34).
Известен также магнитный усилитель, используемый в качестве стабилизатора тока при изменении напряжения сети переменного тока в широких пределах. Он содержит замкнутый магнитопровод с рабочей обмоткой и источник н.с. для его подмагничивания в виде постоянного магнита, полюса которого установлены на противостоящих друг к другу участках указанного магнитопровода (В.П. Миловзоров. Электромагнитные устройства автоматики. Изд. четвертое, «Высшая школа», М., 1983, стр. 114-115).
К недостатку рассмотренного магнитного усилителя можно отнести то, что он не может быть использован в качестве электрического генератора.
Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей рассмотренного магнитного усилителя.
Поставленная цель достигается тем, что магнитный усилитель, содержащий замкнутый магнитопровод с рабочей обмоткой и источник н.с. для его подмагничивания, снабжен двумя П-образными магнитопроводами, установленными полюсами своих вертикальных стержней на противостоящих друг к другу участках замкнутого магнитопровода вдоль его магнитной линии, а источник н.с. для подмагничивания замкнутого магнитопровода выполнен в виде двух постоянных магнитов, одни одноименные полюса которых устанавливаются с разных сторон одного П-образного магнитопровода к вертикальным его стержням, а вторые одноименные их полюса устанавливаются с разных сторон второго П-образного магнитопровода к вертикальным его стержням, при этом на горизонтальных стержнях упомянутых П-образных магнитопроводов размещены обмотки, а замкнутый магнитопровод выполнен в виде двух П-образных магнитопроводов, установленных с зазором между полюсами вертикальных их стержней.
Анализ известных технических решений (аналогов) среди электромагнитных устройств с использованием электрических и магнитных средств позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявленном магнитном усилителе, и признать заявляемое решение соответствующим критерию «существенные отличия».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 схематически показан общий вид предлагаемого магнитного усилителя в исходном его положении;
на фиг. 2 приведена электрическая схема замещения магнитной цепи предлагаемого магнитного усилителя;
на фиг. 3 показано направление путей потоков, развиваемых постоянными магнитами и рабочей обмоткой для положительного полупериода изменения в ней тока;
на фиг. 4 показано направление путей потоков, развиваемых постоянными магнитами и рабочей обмоткой для отрицательного полупериода изменения в ней тока.
Магнитный усилитель (фиг. 1) включает в себя замкнутый магнитопровод в виде двух П-образных магнитопроводов 1, 2, установленных с зазором δ между полюсами вертикальных их стержней, с рабочей обмоткой 3. На противостоящих друг к другу участках замкнутого магнитопровода вдоль его магнитной линии - на противостоящих друг к другу вертикальных стержнях П-образных магнитопроводов 1, 2 полюсами своих вертикальных стержней установлены дополнительные П-образные магнитопроводы 4, 5. Для подмагничивания замкнутого магнитопровода - П-образных магнитопроводов 1 и 2 используются два постоянных магнита 6, 7. Одни одноименные полюса их через полюсные наконечники 8, 9 устанавливаются с разных сторон одного дополнительного П-образного магнитопровода 4 к вертикальным его стержням. Вторые одноименные их полюса через полюсные наконечники 10, 11 устанавливаются с разных сторон второго дополнительного П-образного магнитопровода 5 к вертикальным его стержням. На горизонтальных стержнях дополнительных П-образных магнитопроводов 4, 5 размещены обмотки 12, 13.
1
2
В исходном положении усилителя, когда рабочая обмотка 3 не подключена к источнику переменного напряжения, магнитный поток Ф, развиваемый постоянным магнитом 6, шунтируется через левые вертикальные стержни дополнительных П-образных магнитопроводов 4, 5 и горизонтальный стержень П-образного магнитопровода 1, а магнитный поток Ф, развиваемый постоянным магнитом 7, - через правые вертикальные стержни дополнительных П-образных магнитопроводов 4, 5 и горизонтальный стержень П-образного магнитопровода 2.
1
2
1
2
Зазор δ между полюсами вертикальных стержней П-образных магнитопроводов 1, 2 и соответствующие ему магнитные сопротивления Rδ и Rδ (фиг. 2) введены с целью исключения прохождения магнитных потоков Ф и Ф через вертикальные стержни П-образных магнитопроводов 1, 2.
р
При включении магнитного усилителя - подключении рабочей обмотки 3 к источнику переменного напряжения по горизонтальным и вертикальным стержням П-образных магнитопроводов 1, 2 (замкнутому магнитопроводу) проходит переменный магнитный поток Ф, изменяющийся по синусоидальному закону
m
где Ф - амплитудное значение магнитного потока, образованного рабочей обмоткой 3, при прохождении через нее переменного тока.
р
2
р
1
2
1
2
2-1
2-2
Для положительных полупериодов изменения тока в рабочей обмотке 3 (фиг. 3) в горизонтальном стержне П-образного магнитопровода 2 магнитные потоки Ф и Ф суммируются, а в горизонтальном стержне П-образного магнитопровода 1 магнитные потоки Ф и Ф вычитаются, в результате чего магнитное сопротивление R горизонтального стержня П-образного магнитопровода 2 увеличивается, а магнитное сопротивление R горизонтального стержня П-образного магнитопровода 1 уменьшается. Поэтому магнитный поток Ф, развиваемый постоянным магнитом 7, разветвляется на два потока. Один из них Ф проходит через горизонтальный и левый вертикальный стержни дополнительного П-образного магнитопровода 4, горизонтальный стержень П-образного магнитопровода 1, левый вертикальный и горизонтальный стержни П-образного магнитопровода 5. Другой поток Ф проходит через правые вертикальные стержни дополнительных П-образных магнитопроводов 4, 5 и горизонтальный стержень П-образного магнитопровода 2.
2-1
2-2
Значения потоков Ф и Ф определяются по законам Кирхгофа из электрической схемы замещения магнитной цепи усилителя (фиг. 2) для узла, обведенного пунктиром.
1
2
1
2
1
2
Принимая во внимание, что магнитное сопротивление воздушных зазоров Rδ и Rδ во много раз больше магнитных сопротивлений R и R, можно принять, что для магнитных потоков Ф и Ф
Тогда
р
2
р
1
2
1
1
1-2
1-1
Для отрицательных полупериодов изменения тока в рабочей обмотке 3 (фиг. 4) в горизонтальном стержне П-образного магнитопровода 2 магнитные потоки Ф и Ф вычитаются, а в горизонтальном стержне П-образного магнитопровода 1 магнитные потоки Ф и Ф суммируются, в результате чего магнитное сопротивление R горизонтального стержня П-образного магнитопровода 2 уменьшается, а магнитное сопротивление R горизонтального стержня П-образного магнитопровода 1 увеличивается (фиг. 2). Поэтому магнитный поток Ф, развиваемый постоянным магнитом 6, разветвляется на два потока. Один из них Ф проходит через горизонтальный и правый вертикальный стержни дополнительного П-образного магнитопровода 4, горизонтальный стержень П-образного магнитопровода 2, правый вертикальный и горизонтальный стержни дополнительного П-образного магнитопровода 5. Другой поток Ф проходит через левые вертикальные стержни дополнительных П-образных магнитопроводов 4,5 и горизонтальный стержень П-образного магнитопровода 1.
1-2
1-1
Значения потоков Ф и Ф определяются по законам Кирхгофа из электрической схемы замещения магнитной цепи усилителя (фиг. 2) для узла, обведенного пунктиром.
С учетом выражения (2)
1
2
2-1
1-2
Так как магнитные сопротивления R и R переменные, то и магнитные потоки Ф и Ф, проходящие по горизонтальным стержням дополнительных П-образных магнитопроводов 4, 5, являются переменными. Поэтому в обмотках 12, 13, размещенных на них, наводится э.д.с.
1-2
2-1
где Ф - магнитный поток Ф (Ф), проходящий через горизонтальные стержни дополнительных П-образных магнитопроводов 4 и 5;
- частота синусоидального тока, протекающего через рабочую обмотку 3;
k
w - число витков в одной из обмоток 12 (13), размещенной на горизонтальном стержне дополнительного П-образного магнитопровода 4 (5).
Технико-экономический эффект предложенного технического решения заключается в расширении функциональных возможностей магнитного усилителя - использовании его в качестве электрического генератора.