По виду статической характеристики: нереверсивный и реверсивный;

1. по виду статической характеристики: нереверсивный и реверсивный;

2. по типу обратной связи (ОС): БМР без ОС; БМР с внутренней ОС; БМР с внешней ОС; БМР со смешанной ОС.

БМР отличаются высокой надежностью; способностью суммировать входные сигналы; немедленной готовностью к работе; удобно согласуются с источником входного сигнала и нагрузкой; имеют низкий порог чувствительности (до 10^-19 Вт); большую выходную мощность (10⁵ Вт); высокий КПД (0,7 - 0,95); высокий коэффициент усиления по мощности.

Данная курсовая работа посвящена проектированию одного из БМР. Внутренняя ПОС достигается тем, что постоянная составляющая имеет величину, которая зависит от величины входного сигнала и создает поле, которое или складывается, или вычитается из поля входного сигнала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО БМР

Рассмотрим работу элементарной схемы (рис. 1, а), которая является основой всех схем усилителей с самонасыщением. Пусть напряжение, питающее рабочую цепь схемы u_c, синусоидально (рис. 1, г), а вентиль Д - близок к идеальному. остановимся на режиме вынужденного намагничивания при I_y = const, создающем напряженность H_y.

Работу схемы удобно разделить на рабочий полупериод, когда напряжение схемы u_c стремится закрыть вентиль, а индукция приобретает значение, соответствующее напряженности управляющего сигнала H_y.

Примем за исходное положение рабочую точку 1 на статистической петле гистерезиса (рис. 1, б). Предположим сначала (для упрощения), что точка 1 совпадает во времени с началом рабочего полупериода.

Под действием напряжения u_c, приложенного к обмотке w_p, через открытый в рабочий полупериод вентиль проходит ток i_p, создающий напряженность H_p (рис. 1, а и б), направленную противоположно напряженности H_y и заставляющую рабочую точку перемещаться по частному циклу на участке 1 - 2. При этом питающее напряжение почти полностью уравновешивается на данном участке ЭДС e (рис. 1, г), наводящейся в обмотке w_p. Скорость изменения индукции dB/dt в каждый момент времени определяется мгновенным значением этой ЭДС, а напряженность - частным циклом динамической петли гистерезиса. Ток i_p, пропорциональный напряженности H_p, создает небольшое падение напряжения (заштриховано на рис. 1, г) на суммарном активном сопротивлении рабочей цепи, состоящем из сопротивления нагрузки R_н, активного сопротивления рабочей обмотки R_р и активного сопротивления вентиля в открытом состоянии R_д:

R_ = R_н + R_p + R_д (1)

В момент времени, обозначенный _s на рис.1, индукция достигает насыщения (точка 2 на рис.1, д) и, следовательно, престает изменяться. ЭДС е падает до нуля, переставая уравновешивать напряжение u_с . Ток i_p скачком возрастает (участок 2 - 3 на рис.1, е) и напряжение u_с в оставшуюся часть рабочего полупериода полностью уравновешивается падением напряжения на суммарном активном сопротивлении рабочей цепи. При этом рабочая точка перемещается по насыщенному участку петли гистерезиса (принятому горизонтальным) сначала на участке 2 - 3 (рис. 1, б), а затем по мере уменьшения напряжения u_с и пропорционального ему тока i_p на участке 3 - 4, достигая в точке 4 начала нисходящего (вертикального) участка статической петли.

Казалось бы, что ток i_p в рабочей цепи должен прекратиться и вентиль запереться в момент  перехода питающего напряжения через нуль. Однако, начиная с момента 4, под действием разности напряженностей H_y - Н_p (имеются в виду их абсолютные значения) сердечник начинает размагничиваться, т.е. рабочая точка опускается по нисходящему участку петли гистерезиса (участок 4 - 5 на рис. 1, б). Индукция на этом участке изменяется и в обмотке w_p наводится ЭДС, поддерживающая ток i_р в рабочей цепи (рис. 1, г, д и е).

Когда напряжение u_с (оно отрицательно в управляющий полупериод и стремится запереть вентиль) будет по абсолютной величине больше ЭДС е, вентиль запрется и ток i_р прекратится (точка 5). На участке 5 - 6 сердечник находится под действием только H_y, которая и определяет скорость изменения индукции на этом участке. При принятой прямоугольной аппроксимации петли гистерезиса эта скорость B/t (а значит, и ЭДС е) будет постоянной и ее величина будет определяться шириной динамической петли в точке H_y = Н_{с. дин}.

К Концу управляющего полупериода, когда напряжение u_c становится меньше ЭДС е (рис. 1, г), вентиль снова может открыться (точка 6) и появится ток i_р. Разность напряжений Н_y - H_p будет уменьшаться, а скорость изменения индукции и ЭДС - снижаться (участок 6 - 1), пока в точке 1 индукция не достигнет статической петли гистерезиса и ЭДС в обмотке w_p не обратится в нуль. Таким образом, процесс размагничивания может закончиться (точка 1) лишь в начале следующего, рабочего полупериода.

Назовем выходным напряжением падение напряжения, создаваемое током i_p на суммарном активном сопротивлении рабочей цепи (1). Управление этим напряжением происходит следующим образом. При большем (по абсолютному значению) токе, а значит, и напряженности управления размагничивание будет происходить по более широкой петле гистерезиса и с большей скоростью изменения индукции, тока 1 в управляющий полупериод опустится ниже и в рабочий полупериод индукция дольше будет находится на участке 1- 2. Рабочая точка позднее достигнет точки насыщения 2, угол _s увеличится и выходное напряжение (заштрихованная площадь) станет меньше.

На рис. 1, б пунктиром показано перемещение рабочей точки по предельному для данной частоты питающего напряжения циклу, при котором в точке 1’ индукция достигает насыщения B_s . Ширина предельного цикла характеризуется напряженностью H_{c дин.пред.} . В этом случае, очевидно, ЭДС рабочей обмотки уравновесит наибольшую возможную часть напряжения U_c и выходное напряжение станет минимальным (режим холостого хода).

При уменьшении по абсолютному значению тока управления напряжение на выходе возрастает, достигая наибольшего значения при напряженности H_y, соответствующей точке 4, когда рабочая точка будет перемещаться только по насыщенному горизонтальному участку петли 4 - 3 - 4, не достигая нисходящей ее части.

Выходное напряжение будет оставаться наибольшим и при H_y  0, потому что размагничивания в управляющий полупериод происходить не будет.

В рассмотренной элементарной схеме в обмотке w_y наводится переменная ЭДС. Для ее уменьшения магнитные усилители с самонасыщением выполняют из двух элементарных схем (рис. 2). Обмотки w_р и диоды соединят так, чтобы в одно и то же время один из сердечников находился в состоянии управляющего полупериода, а другой - рабочего. Так как кривые изменения индукции в рабочий и управляющий полупериоды близки по своему характеру (рис. 1, д) и направлены в противоположные стороны, то их действие на обмотку управления частично компенсируется и в ней наводятся только четные гармоники ЭДС, а основная и нечетная гармоники подавляются, как в дроссельном усилителе.

Если усилитель работает в режиме вынужденного намагничивания, то можно считать, что процессы в каждом сердечнике аналогичны рассмотренным на рис. 1, но сдвинуты на полпериода.

2. РАСЧЕТ БЕСКОНТАКТНОГО МАГНИТНОГО РЕЛЕ
2.1. Расчет удельного сопротивления материала провода при рабочей температуре БМР.

 = ₀ (1 +  ) (1)

₀ - удельное сопротивление провода при температуре t⁰C;

 - температурный коэффициент материала провода;

 - превышение температуры над t⁰C .

для медного провода при t₀⁰ = 20⁰С:

 = 0.004 град^-1;

 = 1.75 10^-8 Омм;

 = _доп + t_окр⁰ - t₀⁰

 = 60 + 35- 20 = 75⁰

 = 1.75  10^-8 (1 + 0.004 65) = 2.2  10^-8 (Омм)

2.2. Выбор материала магнитопровода

Материал магнитопровода: 79HM

2.2.1. Толщина ленты магнитопровода:

(2)

0.096

2.2.2. Из промышленного ряда толщин выбираем  = 0.05 мм.

По табл. 7.1 [2] задаемся способом изготовления сердечника: ленточный торроидальный из железоникелевых сплавов; вид изоляции – накатывание.

Коэффициент заполнения стали: kc =0.85

2.2.3. По динамической кривой размагничивания (приложение1) определяем координаты точек M и N.

2.2.4. Амплитудное значение магнитной индукции:

0.66 (3)

2.2.5 Коэффициент, учитывающий неполное насыщение сердечников в номинальном режиме:

(4)

0.871

2.3. Определение размеров сердечника и предварительный расчет обмоток

2.3.1 Задаемся необходимыми параметрами и определяем Г1.

 = 60

_р = 0.85  0.9 — относительная площадь рабочей обмотки

_р = 1 — относительная длина витков рабочей обмотки.

к_mp = 0.30.4 — коэффициент заполнения по меди рабочей обмотки.

к_т = 10 Вт/(м * ⁰С) - коэффициент теплоотдачи катушки;

к_с = 0.85 - коэффициент заполнения по стали;

 =1 - коэффициент полезного действия рабочей цепи.

Кфр =1.11 – коэффициент формы рабочего тока

(5)

Т. к. для данной частоты (400 Гц) Г1>0.4 то расчет ведем следующим образом:

2.3.2. Уточняем параметры kт и .

(6)

Вт/(м * ⁰С)

(7)

2.3.3. Рассчитываем второе приближение фактора Г1.

(8)

2.3.4.Предварительный расчет показал, что для размещения обмоток требуется сердечник с Г1 = 4.51.

d = 28 mm - внутренний диаметр тора;

D = 40 mm - внешний диаметр тора;

b = 10 mm - высота тора;

s = 0.6 cm² - поперечное сечение магнитопровода;

l_c = 10.7 cm - средняя длина магнитной линии;

l_М = 5.28 cm - средняя длина всей обмотки.