Magnetické zesilovače ve strojích na řezání kovů
Magnetický zesilovač spíná elektrický obvod změnou jeho indukčního elektrického odporu v širokých mezích, jejichž hodnota závisí na stupni nasycení magnetického obvodu.
Magnetické zesilovače jsou široce používány v elektrických pohonech kovoobráběcích strojů pro jejich spolehlivost a dlouhou životnost (je považován za jeden z nejspolehlivějších prvků automatizačních systémů), nepřítomnost pohyblivých částí, možnost provádění magnetických zesilovače s výkonem zlomků wattů až stovek kilowattů, vysokou pevností a odolností z hlediska vibrací a rázového zatížení. Navíc díky magnetickým zesilovačům je možné signály snadno sčítat. Mají vysoký zisk. U magnetických zesilovačů není mezi vstupními a výstupními obvody žádné elektrické spojení.
Princip činnosti magnetického zesilovače je založen na využití nelinearity magnetizační křivky feromagnetického materiálu.Při stejnosměrné magnetizaci se jádro zesilovače nasytí a indukčnost pracovních střídavých cívek zesilovače se sníží. Provozní vinutí jsou obvykle zapojena do série se zátěží. Na zátěž je tedy aplikováno napětí, které je přivedeno na pracovní vinutí zesilovače v okamžiku saturace před nasycením jádra.
Zatěžovací proud je řízen změnou proudu v cívce předpětí magnetického zesilovače. Cívka předpětí se používá k vytvoření počátečního předpětí potřebného ke změně proudu v zátěži různými způsoby v závislosti na znaménku polarity řídicího signálu a také k výběru bodu na přímkovém úseku charakteristiky. Zpětnovazební cívka je navržena tak, aby získala požadovaný tvar výstupní charakteristiky.
Konstrukčně je magnetický zesilovač jádro vyrobené z plechového feromagnetického materiálu, na kterém jsou navinuty střídavé a stejnosměrné cívky. Pro odstranění rušení, např. atd. c. Střídavé obvody stejnosměrných cívek Střídavé cívky jsou navinuty samostatně na jádru a stejnosměrné cívky pokrývají obě jádra.
Schéma nejjednoduššího magnetického zesilovače
Magnetický zesilovač může mít několik řídicích cívek. V tomto případě bude v provozním režimu proud v zátěži určen celkovým řídicím proudem. To znamená, že může být použit jako sčítačka nesouvisejících elektrických signálů (permanentní signály se sčítají).
Magnetické zesilovače mohou být invertující i invertující. U nevratných magnetických zesilovačů nezpůsobí změna polarity řídicího signálu změnu fáze a znaménka zatěžovacího proudu.
Jádra magnetických zesilovačů jsou jak z transformátorové oceli, tak z permaloidu a transformátorová ocel se používá při výkonu magnetického zesilovače větším než 1 W. Velikost magnetické indukce v ocelovém jádru transformátoru dosahuje 0,8 — 1 . 0 T. Faktor zesílení takových magnetických zesilovačů se pohybuje od 10 do 1000.
Permalloy se používá v magnetických zesilovačích, jejichž výkon je menší než 1 V. Obdélníkový charakter hysterezní smyčky pro permaloy umožňuje získat zisk od 1000 do 10 000 a více.
Jádro magnetického zesilovače je zatíženo ze samostatných desek, jako jsou jádra tlumivek nebo transformátorů.Širokou distribuci získaly magnetické zesilovače na bázi toroidních jader, které i přes technologické potíže při jejich výrobě mají řadu výhod, první z toho absence vzduchových mezer, což zlepšuje vlastnosti magnetického zesilovače.
Následující schémata magnetických zesilovačů jsou rozšířená: jednofázové a tlačné, reverzibilní a nevratné, jednofázové a vícefázové.
V kovoobráběcích (nejen kovoobráběcích) strojích lze nalézt velmi širokou škálu provedení magnetických zesilovačů: jednofázové řady UM-1P, třífázové řady UM-ZP sestavené na šesti jádrech ve tvaru U vyrobených z oceli E310, jednofázové řady TUM na toroidním jádře, blokové magnetické zesilovače řady BD, obsahující kromě magnetických zesilovačů snižující transformátory, diody a rezistory sestavené na jednom panelu. Elektrické pohonné systémy lze postavit na libovolné zesilovače této řady.
Obvod vinutí magnetického zesilovače UM-1P
Kromě toho se na různých obráběcích strojích často používají kompletní pohony s magnetickými zesilovači a stejnosměrnými motory, například velmi běžný pohon s magnetickými zesilovači PMU. Ale o tom si určitě povíme příště. Kromě toho se v příštím příspěvku zaměříme na způsoby ladění magnetických zesilovačů a dotkneme se řady dalších problémů, které zajímají každého, kdo se při práci s magnetickými zesilovači neustále setkává nebo setká v budoucnu.
Plně elektrické pohony s magnetickými zesilovači
Navzdory skutečnosti, že statické měniče (tyristory, výkonové tranzistory, IGBT moduly), v našich průmyslových závodech je stále velmi běžné vidět elektromotory a stejnosměrné generátory pracující v kombinaci s magnetickými zesilovači.
Magnetické zesilovače se nejvíce používaly v průmyslových zařízeních v 50. letech minulého století. Obecně v éře polovodičové techniky existuje následující trend - asynchronní a synchronní (pro vysoký výkon) pohon se používá v neregulovaném elektrickém pohonu a stejnosměrném zařízení s elektrickým nebo statickým (tyrotronový nebo rtuťový usměrňovač, magnetický zesilovač) pro kontrolované.
V současné době nejčastěji v tuzemských podnicích ve schématech elektrických zařízení kovoobráběcích strojů, strojů a instalací je možné nalézt kompletní stejnosměrné elektrické pohony s magnetickými zesilovači řady PMU.
PMU — pohon s magnetickými zesilovači a selenovými usměrňovači. Rozsah nastavení otáček motoru je 10:1. Nastavení se provádí změnou napětí kotvy od jmenovitých otáček motoru.Automatický řídicí systém s elektronickou zpětnou vazbou. d s. motor, bez tachogenerátoru a mezizesilovače. Výkon pohonu od 0,1 do 2 kW. Pohon je navržen pro výstupní napětí usměrněného můstku 340 až 380 V. Pro získání dostatečně tuhé charakteristiky pohonu jsou do obvodu zavedeny záporné proudové a napěťové zpětné vazby.
Každý pohon řady PMU je sada skládající se z napájecího zdroje, usměrňovačů, magnetických zesilovačů, stejnosměrného motoru a regulátoru otáček.
Pohon funguje následovně. Napětí přivedené na motor automaticky následuje signál v závislosti na změně jeho rychlosti. S klesajícími otáčkami motoru se zvyšuje napětí a naopak: napětí udržuje hodnotu otáček s danou přesností bez ohledu na změnu zátěže a další rušivé faktory.
Vliv různých rušivých faktorů na rychlost otáčení kompenzuje reaktivitu pracovní cívky magnetického zesilovače: s rostoucí zátěží se zvyšuje proud v kotvě, což vede ke snížení odporu pracovní cívky magnetického zesilovače. magnetický zesilovač. Vlivem poklesu odporu pracovní cívky se zvyšuje napětí v kotvě motoru, zvyšuje se proud ve vinutích, čímž se dále snižuje impedance vinutí pracovního zesilovače. pracovní cívky se zvyšuje napětí v kotvě motoru, což kompenzuje snížení otáček motoru. Požadované otáčky motoru se nastavují pomocí žádané hodnoty P a rezistorů R1 — R4.
PMU-M je podobný řadě PMU, ale magnetické zesilovače jsou sestaveny na jádrech ve tvaru U. Výkon pohonu PMU-M od 0,1 do 7 kW.
zařízení PMU-M
Pohony řady PMU-M využívají systém automatického řízení otáček s napěťovou a proudovou zpětnou vazbou kotvy motoru. Magnetický zesilovač má dvě sady řídicích cívek. Jedním z nich protéká řídící proud, který je algebraickým součtem žádaného proudu a zpětnovazebních proudů, a druhý (předpětí) slouží k volbě pracovního bodu přímého úseku charakteristiky magnetického zesilovače.
Pro ochranu před nepřijatelně vysokými hodnotami proudu kotvy jsou pohony PMU-M velikosti 8 až 11 vybaveny omezovačem proudu. Při překročení proudu kotvy nad přípustné hodnoty se aktivuje nadproudové relé, jeho otevřený kontakt se rozepne a přeruší napájecí obvod řídicí cívky. Protože předpínací cívka zůstává uzavřená, magnetický zesilovač je bez napětí a proud kotvy je snížen. Činnost obvodu pohonu PMU-M je podobná činnosti obvodu pohonu PMU.
PMU -P — pohony se zvýšenou přesností a rozšířeným regulačním rozsahem 100: 1. Automatický řídicí systém se zpětnou vazbou pro frekvenci otáčení, který se provádí pomocí tachogenerátoru a mezilehlého polovodičového zesilovače. Otáčky motoru se nastavují změnou napětí kotvy.
Mimochodem, magnetické zesilovače lze použít i pro regulaci napětí na svorkách asynchronního motoru, stejně jako bezkontaktní spouštěče.
Magnetický zesilovač-systém indukčního motoru