Wzmacniacze magnetyczne w maszynach do cięcia metalu

Wzmacniacz magnetyczny przełącza obwód elektryczny zmieniając swoją indukcyjną rezystancję elektryczną w szerokich granicach, których wartość zależy od stopnia nasycenia obwodu magnetycznego.

Wzmacniacze magnetyczne są szeroko stosowane w napędach elektrycznych maszyn do cięcia metalu ze względu na ich niezawodność i długą żywotność (jest uważany za jeden z najbardziej niezawodnych elementów systemów automatyki), brak części ruchomych, możliwość wykonywania wzmacniacze o mocach od ułamków watów do setek kilowatów, o wysokiej wytrzymałości i trwałości w zakresie obciążeń wibracyjnych i udarowych. Ponadto dzięki wzmacniaczom magnetycznym możliwe jest łatwe sumowanie sygnałów. Mają wysoki zysk. We wzmacniaczach magnetycznych nie ma połączenia elektrycznego między obwodami wejściowymi i wyjściowymi.

Zasada działania wzmacniacza magnetycznego opiera się na wykorzystaniu nieliniowości krzywej magnesowania materiału ferromagnetycznego.Gdy prąd stały jest namagnesowany, rdzeń wzmacniacza nasyca się, a indukcyjność pracujących cewek prądu przemiennego wzmacniacza maleje. Uzwojenia robocze są zwykle połączone szeregowo z obciążeniem. Dlatego napięcie, które jest przykładane do uzwojeń roboczych wzmacniacza w momencie nasycenia, zanim rdzeń nasyci się, jest przykładane do obciążenia.

Prąd obciążenia jest kontrolowany przez zmianę prądu w cewce polaryzacji wzmacniacza magnetycznego. Cewka polaryzująca służy do wytworzenia wstępnego polaryzacji niezbędnego do zmiany prądu w obciążeniu na różne sposoby w zależności od znaku polaryzacji sygnału sterującego, a także do wybrania punktu na prostoliniowym odcinku charakterystyki. Cewka sprzężenia zwrotnego jest zaprojektowana tak, aby uzyskać wymagany kształt charakterystyki wyjściowej.

Strukturalnie wzmacniacz magnetyczny to rdzeń wykonany z blachy ferromagnetycznej, na którym nawinięte są cewki AC i DC. Aby wyeliminować zakłócenia, np. itp. c. Obwody prądu przemiennego cewek prądu stałego Cewki prądu przemiennego nawinięte są oddzielnie na rdzeniu, a cewki prądu stałego pokrywają oba rdzenie.

Schemat najprostszego wzmacniacza magnetycznego

Wzmacniacz magnetyczny może mieć kilka cewek sterujących. W takim przypadku w trybie pracy prąd w obciążeniu będzie określony przez całkowity prąd sterujący. Oznacza to, że może być używany jako sumator niepowiązanych sygnałów elektrycznych (sygnały stałe są sumowane).

Wzmacniacze magnetyczne mogą być zarówno odwracające, jak i odwracające. W nieodwracalnych wzmacniaczach magnetycznych zmiana biegunowości sygnału sterującego nie powoduje zmiany fazy i znaku prądu obciążenia.

Rdzenie wzmacniaczy magnetycznych są wykonane zarówno ze stali transformatorowej, jak i permaloidu, a stal transformatorową stosuje się, gdy moc wzmacniacza magnetycznego jest większa niż 1 W. Wielkość indukcji magnetycznej w stalowym rdzeniu transformatora sięga 0,8 — 1 . 0 T. Współczynnik wzmocnienia takich wzmacniaczy magnetycznych waha się od 10 do 1000.

Permaloy jest stosowany we wzmacniaczach magnetycznych, których moc jest mniejsza niż 1 V. Charakter prostokątny pętle histerezy za permaloy pozwala uzyskać zysk od 1000 do 10 000 i więcej.

Rdzeń wzmacniacza magnetycznego jest ładowany z oddzielnych płytek, takich jak rdzenie dławików lub transformatorów.Wzmacniacze magnetyczne oparte na rdzeniach toroidalnych zyskały szerokie rozpowszechnienie, które pomimo trudności technologicznych w ich produkcji mają szereg zalet, po pierwsze z których jest brak szczelin powietrznych, co poprawia charakterystykę wzmacniacza magnetycznego.

Rozpowszechnione są następujące schematy wzmacniaczy magnetycznych: pojedyncze i pchane, odwracalne i nieodwracalne, jednofazowe i wielofazowe.

W maszynach do cięcia metalu (i nie tylko) można znaleźć bardzo szeroką gamę konstrukcji wzmacniaczy magnetycznych: jednofazowe serii UM-1P, trójfazowe serii UM-ZP montowane na sześciu rdzeniach w kształcie litery U wykonanych ze stali E310, jednofazowe serii TUM na rdzeniu toroidalnym, blokowe wzmacniacze magnetyczne serii BD, zawierające oprócz wzmacniaczy magnetycznych transformatory obniżające napięcie, diody i rezystory zmontowane na jednym panelu. Układy napędów elektrycznych można budować na dowolnych wzmacniaczach z tej serii.

Obwód uzwojenia wzmacniacza magnetycznego UM-1P

Ponadto kompletne napędy ze wzmacniaczami magnetycznymi i silnikami prądu stałego są często stosowane w różnych maszynach do cięcia metalu, na przykład bardzo powszechny napęd ze wzmacniaczami magnetycznymi PMU. Ale na pewno porozmawiamy o tym następnym razem. Ponadto w kolejnym poście skupimy się na metodach strojenia wzmacniaczy magnetycznych i poruszymy szereg innych zagadnień, które są interesujące dla każdego, kto stale spotyka się lub zetknie się w przyszłości podczas pracy ze wzmacniaczami magnetycznymi.

W pełni elektryczne napędy ze wzmacniaczami magnetycznymi

Pomimo faktu, że przetwornice statyczne (tyrystory, tranzystory mocy, Moduły IGBT), w naszych zakładach przemysłowych wciąż bardzo często spotyka się silniki elektryczne i generatory prądu stałego pracujące w połączeniu ze wzmacniaczami magnetycznymi.

Wzmacniacze magnetyczne były najczęściej stosowane w sprzęcie przemysłowym w latach pięćdziesiątych XX wieku. Ogólnie rzecz biorąc, w dobie technologii półprzewodnikowej istnieje następujący trend - napęd asynchroniczny i synchroniczny (dla dużych mocy) jest stosowany w nieregulowanym napędzie elektrycznym i urządzeniach prądu stałego z elektrycznym lub statycznym (prostownik tyrotronowy lub rtęciowy, wzmacniacz magnetyczny) do kontrolowane.

Obecnie najczęściej w przedsiębiorstwach krajowych na schematach wyposażenia elektrycznego maszyn, maszyn i instalacji do cięcia metalu można znaleźć kompletne napędy elektryczne prądu stałego ze wzmacniaczami magnetycznymi serii PMU.

PMU — napęd ze wzmacniaczami magnetycznymi i prostownikami selenowymi. Zakres regulacji prędkości silnika wynosi 10:1. Regulacja odbywa się poprzez zmianę napięcia twornika od znamionowej prędkości obrotowej silnika.Automatyczny system sterowania z elektronicznym sprzężeniem zwrotnym. d s. silnik bez tachogeneratora i wzmacniacza pośredniego. Moc napędu od 0,1 do 2 kW. Napęd jest przystosowany do napięcia wyjściowego mostka wyprostowanego od 340 do 380 V. Aby uzyskać odpowiednio sztywną charakterystykę napędu, do obwodu wprowadza się ujemne sprzężenia zwrotne prądowe i napięciowe.

Każdy napęd serii PMU to zestaw składający się z zasilacza, prostowników, wzmacniaczy magnetycznych, silnika prądu stałego oraz regulatora prędkości.

Napęd działa w następujący sposób. Napięcie przykładane do silnika automatycznie podąża za sygnałem w zależności od zmiany jego prędkości. Wraz ze spadkiem prędkości obrotowej silnika napięcie rośnie i odwrotnie: napięcie utrzymuje wartość prędkości z zadaną dokładnością, niezależnie od zmiany obciążenia i innych czynników zakłócających.

Wpływ różnych czynników zakłócających na prędkość obrotową kompensuje reaktywność cewki roboczej wzmacniacza magnetycznego: wraz ze wzrostem obciążenia wzrasta prąd w tworniku, co prowadzi do zmniejszenia rezystancji cewki roboczej wzmacniacza wzmacniacz magnetyczny. W wyniku spadku rezystancji cewki roboczej wzrasta napięcie w tworniku silnika, wzrasta prąd w uzwojeniach, co dodatkowo zmniejsza impedancję uzwojeń wzmacniacza roboczego.W wyniku ogólnego spadku rezystancji cewki roboczej wzrasta napięcie w tworniku silnika, co kompensuje spadek prędkości obrotowej silnika. Wymaganą prędkość silnika ustawia się za pomocą wartości zadanej P i rezystorów R1 — R4.

PMU-M jest podobny do serii PMU, ale wzmacniacze magnetyczne są montowane na rdzeniach w kształcie litery U. Moc napędu PMU-M od 0,1 do 7 kW.

Urządzenie PMU-M

Napędy serii PMU-M wykorzystują system automatycznej regulacji prędkości ze sprzężeniem zwrotnym napięcia i prądu twornika silnika. Wzmacniacz magnetyczny ma dwa zestawy cewek sterujących. Przez jeden z nich przepływa prąd sterujący, który jest algebraiczną sumą prądu zadanego i prądów sprzężenia zwrotnego, a drugi (cewka polaryzacji) służy do doboru punktu pracy odcinka prostego charakterystyki wzmacniacza magnetycznego.

Aby zabezpieczyć się przed niedopuszczalnie wysokimi wartościami prądu twornika, napędy PMU-M o rozmiarach od 8 do 11 są wyposażone w ogranicznik prądu. Gdy prąd twornika przekroczy dopuszczalne wartości, przekaźnik nadprądowy jest aktywowany, jego otwarty styk otwiera się i przerywa obwód zasilania cewki sterującej. Ponieważ cewka polaryzacji pozostaje zamknięta, wzmacniacz magnetyczny jest odłączony od zasilania, a prąd twornika jest zmniejszony. Działanie obwodu napędowego PMU-M jest podobne do działania układu napędowego PMU.

PMU -P — napędy o zwiększonej dokładności i rozszerzonym zakresie regulacji 100: 1. Układ automatycznej regulacji ze sprzężeniem zwrotnym dla częstotliwości wirowania, który realizowany jest za pomocą tachogeneratora i pośredniego wzmacniacza półprzewodnikowego. Prędkość silnika jest regulowana poprzez zmianę napięcia twornika.

Nawiasem mówiąc, wzmacniacze magnetyczne mogą być również używane do regulacji napięcia na zaciskach silnika asynchronicznego, a także rozruszników bezdotykowych.

Układ wzmacniacz magnetyczny-silnik indukcyjny