Трансформатори та магнітні підсилювачі

Від розподільчого трансформатора на тепловозах 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В і ТЭП60 отримують живлення кола змінного струму вимірювальних трансфор­маторів струму і напруги, амплистата збудження збуджувача і індуктивного датчика об'єднаного регулювальника дизеля. Крім того, застосовується стабілізуючий трансформатор для поліпшення динамічних характеристик системи збудження тягового генератора, а також невеликі трансформатори в тахометричному блоці та ряді інших пристроїв.

Робота магнітних підсилювачів заснована на фізичних властивостях феромагнітних матеріалів. Магнітний підсилювач має осердя, на якому намо­тані котушки обмоток. Осердя виготов­ляють з електротехнічної сталі або інших феромагнітних матеріалів. Котушки Р1 і Р2 робочої обмотки підсилювача включені в коло змінного струму. В обмотку управління У1 подається постійний струм. Робоча обмотка магнітного підсилювача є індуктивним опором.

Із збільшенням магніторушійної сили пропорційно зростають магнітний потік і магнітна індукція, а при настанні магнітного насичення матеріалу осердя практично припиняється зміна магнітної індукції, як би не зростала м.р.с. Явище магнітного насичення феромагнітних матеріалів використане в магнітному підсилювачі. (намалювати криву намагнічування)

Внаслідок великого індуктивного опору робочої обмотки за відсутності струму в обмотці управління сила струму в колі робочої обмотки буде дуже невелика. Якщо по обмотці управління пропустити постійний струм і довести осердя до магнітного насичення, то змінний струм робочих обмоток вже не створюватиме додаткового змінного магнітного потоку. Індуктивний опір робочих обмоток різко знизиться, і відповідно до закону Ома струм, що протікає по цих обмоткам, значно збільшиться.

Дві котушки Р1 і Р2 робочої обмотки створюють узгоджені за напрямком магнітні потоки, що замикаються в зовнішньому кільці магнітопровода. У середньому стержні з обмоткою управління магнітні потоки робочих обмоток мають протилежний напрям, взаємокомпенсуются і не індукують е.р.с. в обмотці управління. Поява трансформаторної е.р.с. в обмотці управління може привести до порушення роботи кіл керування.

Обмотка управління споживає невелику потужність. Завдяки цьому за допомогою невеликого струму, витрачаючи незначну потужність, можна регулювати в широких межах досить велику за величиною потужність навантаження. Звідси такі апарати отримали своє найменування підсилювачів.

Навантаження вмиається в коло робочих обмоток через випрямний міст. Навантаженням є обмотка збудження тягового генератора.

Відношення струму навантаження до струму в обмотці управління називають коефіцієнтом посилення магнітного підсилювача по струму, а відношення потужностей навантаження і управління - коефіцієнтом посилення по потужності. Коефіцієнти посилення звичайних магнітних підсилювачів зазвичай лежать в межах від 50 до 200.

Збільшення коефіцієнтів посилення магнітних підсилювачів досягають застосуванням зворотного зв'язку. Підсилювач має додаткову обмотку зворотного зв'язку ОС (рисунок), яка встанов­люється разом з обмоткою управління і включається послідовно із зовнішнім навантаженням R _н. Через обмотку зворотного зв'язку проходить вже випрямлений вихідний струм робочих обмоток. Створюваний нею магнітний потік посилює магнітний потік обмотки управління У1. В процесі роботи магнітного підсилювача при збільшенні струму в обмотці управління збільшується струм робочих обмоток і одночасно зростає струм в обмотці зворотного зв'язку. Тому обмотка зворотного зв'язку посилює дію обмотки управління. При невеликому збільшенні струму управління відбувається різка зміна струму навантаження.

В якості зворотного зв'язку можуть бути використані і робочі обмотки (рисунок). В цьо­му випадку вони би беруть на себе додаткову роль, а спеціальної обмотки зворотного зв'язку немає. Послідовно до кожної робочої обмотки включається випрямляч. Тому через котушки робочих обмоток струм проходить тільки в одному напрямі. Кожна котушка працює лише протягом півперіоду. В результаті робочі котушки створюють магнітний потік одного напрямку з обмоткою управління (регулювальною). Таким чином, робочі обмотки посилюють дію регулювальної обмотки, збільшуючи коефіцієнт посилення. Така система зворотного зв'язку дістала назву внутрішньою. Внутрішній зворотний зв'язок спрощує конструкцію маг­нітного підсилювача, оскільки не вимагає установки додаткової обмотки.

Розглянуті вище зворотні зв'язки є позитивними, такими, що призводять до збільшення коефіцієнта посилення магнітного підсилювача. Можуть застосовуватися при необхідності і негативні зворотні зв'язки, що знижують коефіцієнт посилення.

Магнітні підсилювачі, використовувані в електричних схемах тепловозів для регулювання потужності тягових генераторів, мають внутрішній позитивний зворотний зв'язок. Вони дістали назву амплістатів.

Само слово амплістат складається з двох частин: амплі - походить від латинського слова amplificatio - посилення (збільшення) і стат - від грецького слова states - статичний (нерухомий). Таким чином, в перекладі амплістат - це статичний (нерухомий, без частин, що обертаються) підсилювач. Коефіцієнт посилення по потужності магнітних підсилювачів із зворотним зв'язком дуже великий. У тепловозів амплистатов він складає близько 50 000.

Зміну напрямку струму в обмотці управління викликає розмагнічування підсилювача і зниження вихідного струму аж до певної найменшої величини. Відношення найбільшого вихідного струму магнітного підсилювача до найменшого називають кратністю вихідного струму підсилювача. Велика кратність вихідного струму - дуже важлива перевага магнітних підсилювачів.

У магнітних підсилювачах часто застосовується декілька обмоток управління. При цьому струм навантаження підсилювача можуть незалежно регулювати ряд різних автоматичних пристроїв. Величина струму навантаження визначатиметься алгебраічною сумою магніторушійних сил обмоток управління.

Амплістат виконаний з двома магнітними осердями (магнітопровода­ми), набраними з листів електротехнічної сталі завтовшки 0,35 мм. На кожному осерді розташовано по одній котушці Н1-К1 і Н2-К2 робочої обмотки. Чотири обмотки підмагнічування (управління) - задаюча, управління, регулювальна і стабілізуюча - охоплюють обидва осердя. Робоча обмотка амплістата включена послідовно з випрямлячем в коло живлення обмотки незалежного збудження від підзбуджувача змінного струму. Обмотки підмагнічування живляться постійним струмом від джерел:

задаюча обмотка НЗ-КЗ - від безконтактного тахометричного блоку або тахогенератору на тепловозах перших років будови;

обмотка управління НУ-КУ - від розподільчого трансформатора через трансформатори постійного струму і напруги і селективний вузол електричної схеми;

регулювальна обмотка HP-КР - від розподільчого трансформатора через індуктивний датчик об'єднаного регулятора і випрямляч;

стабілізуюча обмотка НС-КС - від стабілізуючого трансформатора через випрямляч.

При цьому задаюча обмотка створює основну позитивну магніторушійну силу підмагнічування. Регулювальна обмотка посилює підмагнічування амплі­стата. Магніторушійна сила обмотки управління спрямована зустрічно магніторушійній силі задаючої і регулювальної обмоток (розмагнічує амплістат). Стабілізуюча обмотка отримує живлення тільки при перехідних процесах збуджувача для згладжування цих процесів і підвищення стійкості роботи схеми.

Отже, робочі обмотки амплістата є регульованим індуктивним опором в колі збудження збуджувача. Величина опору змінюється в результаті спільної дії чотирьох обмоток управління. Чим більше струм в задаючій і регулювальній обмотках (струм уставки), тим більший вихідний струм амплістата і вище напруга збуджувача і тягового генератора. Із збільшенням струму в обмотці управління внаслідок її розмагнічуючої дії зменшується вихідний струм амплістата, відповідно знижується напруга збуджувача і тягового генератора.

При роботі дизеля із заданою частотою обертання колінчастого валу напруга тахометричного блоку зберігається постійною, тому залишається постійною і магніторушійна сила задаючої обмотки. Із збільшенням частоти обертання валу дизеля по позиціях контроллера пропорційно підвищуються вихідна напруга тахометричного блоку, струм в задаючій обмотці амплістата, струм збудження збуджувача, його напруга і напруга тягового генератора. Схема живлення обмотки управління забезпечує регулювання струму в ній залежно від сили струму і напруги тягового генератора з метою отримання його селективної характеристики.

Струм в регулювальній обмотці амплістата змінюється за допомогою індуктивного датчика об'єднаного регулятора частоти обертання і потужності дизеля так, щоб потужність тягового генератора зберігалася постійною на гіперболічній ділянці його зовнішньої характеристики. Отже, магнітний потік регулювальної обмотки коригує сумарне підмагнічування осердя амплістата, перетворюючи лінійну ділянку селективної характеристики тягового генератора і гіперболічну.