2.1. Принцип работы магнитных усилителей

Весьма распространенным видом электромагнитных аналоговых устройств являются электромагнитные усилители (МУ). Простейший магнитный усилитель, выполненный на основе дросселя, часто называют управляемым или подмагничиваемым дросселем насыщения. Принцип действия его основан на явлении насыщения ферромагнитных материалов в магнитном поле, т.е. нелинейности их характеристики намагничивания . Изменение степени насыщения сердечника осуществляется путем подмагничивания его постоянным током.

Простейший усилитель представляет собой замкнутый ферромагнитный сердечник с двумя обмотками (рис. 2.1, а). Рабочая обмотка  последовательно с нагрузкой  включена в цепь переменного тока . Обмотка управления  последовательно с индуктивностью  подключена к источнику постоянного тока. Площадь сечения магнитопровода сердечника , длина средней линии .

Рис. 2.1. Принцип действия магнитного усилителя дроссельного типа

Если считать сопротивление рабочей обмотки чисто индуктивным, а ток близким к синусоидальному, то можно записать:

I~ .

Если при этом изменение напряженности электромагнитного поля в дросселе будет невелико, то значения индуктивности рабочей обмотки можно определить, как:

,

где  на основании закона полного тока равно:

.

Следовательно, ток в рабочей цепи зависит только от  материала сердечника.

Возвратную магнитную проницаемость  можно определить по кривой намагничивания в каждой ее точке (рис. 2.1, б). В точке 1 магнитная проницаемость  велика, все напряжение  практически уравновешивается противо ЭДС рабочей обмотки, и по цепи переменного тока протекает незначительный ток, называемый током холостого хода.



Амплитуда изменения индукции сердечника  максимальна.

Появление тока управления  вызывает появление напряженности постоянного магнитного поля  — напряженности подмагничивания. Частный цикл кривой намагничивания становится несимметричным и перемещается по мере возрастания тока управления из положения 1 в положение 2, а затем в 3. При этом , найденная как отношение  к  или как тангенс угла наклона касательной к кривой намагничивания в точках 1, 2, 3, уменьшается по мере возрастания тока управления . Следовательно, при увеличении  магнитная проницаемость материала сердечника уменьшается, снижается индуктивное сопротивление  рабочей обмотки и ток  увеличивается, увеличивается падение напряжения на сопротивлении нагрузки, а напряжение на рабочей обмотке  снижается, в результате чего уменьшается амплитуда индукции , а напряженность  растет.

Характер изменения  и  показан на рис. 2.1, в и 2.1, г. Из рис. 2.1, г следует, что путем изменения тока в обмотке управления можно управлять током в нагрузке.

Поскольку напряженность магнитного поля пропорциональна ампер-виткам , то, выполнив обмотку  с числом витков много больше числа витков, можно получить эффект усиления по току. В этом и заключается принцип работы магнитных усилителей.

Кривая намагничивания симметрична относительно начала координат, поэтому изменение направления (полярности) тока в обмотке управления не влияет на характер тока в рабочей обмотке. Такие усилители называют однотактными, нейтральными или нереверсивными.