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, М.: Высшая школа, 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 магнитпровода (В.П. Миловзоров. Электромагнитные устройства автоматики. Изд. четвертое, М.: Высшая школа, 1983, стр. 114-115).
К недостатку рассмотренного магнитного усилителя можно отнести то, что он не может быть использован в качестве электрического генератора.
Целю настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей рассмотренного магнитного усилителя.
Поставленная цель достигается тем, что в магнитном усилителе, содержащем замкнутый магнитопровод с рабочей обмоткой и источник н.с. для его подмагничивания, источник н.с. для подмагничивания замкнутого магнитопровода выполнен в виде одного или нескольких постоянных магнитов или электромагнитов, каждый из которых одним полюсом установлен на ярме П-образного магнитопровода между его сердечниками, а второй его полюс и соответствующие ему полюса сердечников П-образного магнитопровода установлены на замкнутом магнитопроводе вдоль его магнитной линии, при этом на сердечниках П-образного магнитопровода размещены обмотки, а полюс постоянного магнита или электромагнита, установленный на ярме П-образного магнитопровода, преимущественно размещен на нем со стороны торцевой или наружной его поверхности, а второй его полюс, установленный на замкнутом магнитопроводе, размещен на нем на одной из торцевых или боковых его поверхностей, параллельной торцевым поверхностям П-образного магнитопровода.
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 магнитных потоков, развиваемых постоянным магнитом и рабочей обмоткой для положительного полупериода изменения в ней тока.
Магнитный усилитель (фиг. 1) включает в себя замкнутый магнитопровод 1 с рабочей обмоткой 2 и источник н.с. для его подмагничивания в виде постоянного магнита 3 с полюсными наконечниками 4 и 5, установленный одним полюсом на ярме 6 П-образного магнитопровода между его сердечниками 7 и 8, а второй его полюс и соответствующие ему полюса сердечников 7 и 8 П-образного магнитопровода установлены на замкнутом магнитопроводе 1 вдоль его магнитной линии.
На сердечниках 7,8 П-образного магнитопровода размещены обмотки 9,10.
С целью обеспечения намотки большего числа витков в обмотках 9,10 при ограниченных размерах замкнутого магнитопровода 1 источник н.с. - постоянный магнит 3, вынесен из зоны между сердечниками 7, 8 П-образного магнитопровода и один его полюс посредством полюсного наконечника 4 размещен на ярме 6 П-образного магнитопровода со стороны торцевой его поверхности, а второй его полюс посредством полюсного наконечника 5 размещен на замкнутом магнитопроводе 1 со стороны торцевой его поверхности, параллельной торцевым поверхностям П-образного магнитопровода.
Возможна конструкция усилителя, в которой полюсный наконечник 4 может быть размещен на внешней поверхности ярма 6 П-образного магнитопровода.
Возможна также конструкция усилителя, в которой в качестве источника н.с. для подмагничивания замкнутого магнитопровода 1 вместо постоянно магнита 3 может быть использован электромагнит.
Возможна также конструкция усилителя, в которой постоянный магнит 3 или электромагнит могут быть размещены непосредственно в зоне между сердечниками 7 и 8 П-образного магнитопровода. Но такая конструкция возможна только про небольшом числе витков обмоток 9 и 10.
Возможны также конструкции усилителей, в которых источник н.с. для подмагничивания замкнутого магнитопровода может быть выполнен в виде двух и более постоянных магнитов или электромагнитов, каждый из которых в соответствии с фиг. 1 одним полюсом установлен на ярме П-образного магнитопровода между его сердечниками, а второй его полюс и соответствующие ему полюса сердечников П-образного магнитопровода установлены на замкнутом магнитопроводе вдоль его магнитной линии, при этом на сердечниках П-образного магнитопровода размещены обмотки.
0
1
Магнитный поток Ф, развиваемый постоянным магнитом 3, разветвляется на два потока (фиг. 1). Один из них Ф проходит через один (левый) контур по левой половине П-образного магнитопровода от полюсного наконечника 4 до полюса сердечника 7 и далее по участку замкнутого магнитопровода 1 до полюсного наконечника 5.
2
Другой поток Ф проходит через второй (правый) контур по правой половине П-образного магнитопровода от полюсного наконечника 4 до полюса сердечника 8 и далее по участку замкнутого магнитопровода 1 до полюсного наконечника 5.
В соответствии с электрической схемой замещения магнитный цепи усилителя на фиг. 2 и вторым законом Кирхгофа
1
где R - магнитное сопротивление участка замкнутого магнитопровода 1, ограниченного полюсами сердечника 7 П-образного магнитопровода и полюсного наконечника 5,
2
R - магнитное сопротивление участка замкнутого магнитопровода 1, ограниченного полюсами сердечника 8 П-образного магнитопровода и полюсного наконечника 5.
В исходном положении магнитного усилителя, когда его рабочая обмотка 2 не подключена к источнику переменного напряжения,
т.к. замкнутый магнитопровод выполнен с поперечным сечением постоянным по всей длине его магнитной линии. Поэтому
1
2
р
При включении магнитного усилителя - подключении рабочей обмотки 2 к источнику переменного напряжения по участкам замкнутого магнитопровода 1, ограниченного полюсами сердечников 7 и 8 П-образного магнитопровода и полюсного наконечника 5, одновременно протекают магнитные потоки Ф и Ф от постоянного магнита 3 (фиг. 3), а также переменный магнитный поток Ф, изменяющийся по синусоидальному закону
m
где Ф - амплитудное значение потока, образованного рабочей обмоткой 2, при прохождении через нее переменного тока.
1
p
2
р
2
1
Для положительных полупериодов изменения тока в рабочей обмотке 2, как показано на фиг. 3, магнитные потоки Ф и Ф суммируются, а магнитные потоки Ф и Ф вычитаются, в результате чего магнитное сопротивление R уменьшается, а магнитное сопротивление R увеличивается.
р
2
р
1
р
2
1
Для отрицательных полупериодов изменения тока в рабочей обмотке 2 магнитный поток Ф меняет свое направление на обратное и магнитные потоки Ф и Ф суммируются, а магнитные потоки Ф и Ф вычитаются, в результате чего магнитное сопротивление R увеличивается, а магнитное сопротивление R уменьшается.
1
2
1
2
1
2
Так как магнитные сопротивления R и R при работе усилителя являются переменными величинами, то и магнитные потоки Ф и Ф в соответствии с выражениями (1) и (2) являются переменными величинами. Вследствие того что магнитные потоки Ф и Ф, проходящие через сердечники 6 и 7 П-образного магнитопровода, переменные, то в каждой из обмоток 9 и 10, размещенных на них, наводится э.д.с., равная
где Ф - магнитный поток, проходящий через сердечник П-образного магнитопровода;
f - частота синусоидального тока, протекающего через рабочую обмотку 2;
N - число витков в одной из обмоток, размещенной на сердечнике П-образного магнитопровода.
При выполнении источника н.с. для подмагничивания замкнутого магнитопровода в виде двух и более постоянных магнитов или электромагнитов проходят аналогичные процессы распределения магнитных потоков, развиваемых каждым постоянным магнитом или электромагнитом, по участкам замкнутого магнитопровода и сердечникам соответствующих им П-образных магнитопроводов. При этом в каждой из обмоток, размещенных на сердечниках П-образных магнитопроводов, наводится э.д.с.
Технико-экономический эффект предлагаемого технического решения заключается в расширении функциональных возможностей магнитного усилителя - использовании его в качестве электрического генератора.