PE Szybki wzmacniacz magnetyczny Rameya Archiwum

PE Szybki wzmacniacz magnetyczny Rameya Archiwum

  Idea wzmacniacza magnetycznego znana jest od początku wieku. Wielkość pętli krzywej magnesowania materiału magnetycznego zależy od składowej stałej płynącej przez uzwojenia dławika czy transformatora.

W typowym wzmacniaczu magnetycznym szeregowe z obciążeniem uzwojenie robocze mocy jest umieszczone na kolumnie środkowej rdzenia EE lub EI a połączone antyszeregowo uzwojenia kontrolne umieszczone są na zewnętrznych kolumnach rdzenia. Przeciek sygnału mocy do układu sterowanie jest jednak spory.

Kształt pętli histerezy materiału rdzenia ma duży wpływ na kształt prądu w sterowanym obciążeniu. Gdy pętla histerezy zbliża się do wąskiej prostokątnej prąd obciążenia coraz bardziej przypomina prąd z tyrystorowego sterownika fazowego prądu zmiennego.

Szybkość działania wzmacniacza magnetycznego jest proporcjonalna do częstotliwości napięcia zasilania. Klasyczne wzmacniacze magnetyczne są powolne i ciężkie. Stała czasowa wzmacniacza zasilanego z sieci energetycznej 50Hz wynosi do 0.5 sekundy.

Znaczną popularność wzmacniacze magnetyczne zyskały w Niemczech przed wojną i w jej okresie czyli w czasach III Rzeszy.

Materiał magnetyczny dławika ma najwęższą pętle histerezy przy przepływie przez uzwojenie pulsującego prądu stałego. We wzmacniaczu Rameya szeregowo z uzwojeniem nasycanego dławika dano diodę a rdzeń nasycany prądem obciążenia jest odsycany prądem kontrolnym. Wzmacniacz ma opóźnienie ponad pół okresu napięcia sieciowego a więc jak na wzmacniacz magnetyczny jest bardzo szybki.

Patent Rameya został przyjęty w 1951 ale po utajnieniu ( był bardzo ważny ) został opublikowany dopiero w 1957 roku.

W krajach bloku wschodniego z uwagi na ochronę patentową i ze względów ideologicznych nie używano nazwy wzmacniacz „Rameya” ale na przykład „wzmacniacz ze sprzężeniem zwrotnym” jako to uczyniono w „Transformatory i dławiki elektronicznych urządzeń zasilających” T.Knopiński, R.Pac, WNT 1979, na stronie 229.

Kontrolny prąd odsycania rdzenia można podać do uzwojenia mocy i dławik ma wtedy tylko jedno uzwojenie lub do dodatkowego kontrolnego uzwojenia małej mocy.

Z uwagi na popularyzacje tyrystora wzmacniacz magnetyczny ( MA = Magnetic Amplifier ) Rameya był przysłowiową „musztardą po obiedzie”. Niemniej układ Rameya jest dość często stosowany.

Pokazano już poglądowy schemat regulowanego, zasilanego trójfazowo źródła prądu spawania z sześcioma MA. Uzwojenia kontrolne sześciu dławików MA połączono szeregowo i w takim układzie przeciek do obwodu sterowania z obwodu mocy jest niewielki.

Im większy jest prąd wyjściowy MA Rameya tym oczywiście mocniej jest nasycony rdzeń dławika i układ ma pewną zdolność samoregulacji przy zmianie obciążenia

Złożone urządzenia elektroniczne z reguły wymagają kilku stabilizowanych napięć.

Współbieżność napięć na prostownikach w przetwornicach SMPS Forwad i Flyback przy niewspółbieżnie zmiennych obciążeniach zależy głównie od indukcyjności rozproszenia uzwojeń transformatora przetwornicy. W SMPS Forward dławik wszystkich prostowników musi być na wspólnym rdzeniu a uzwojenia winny być jak najlepiej sprzężone.

W półmostkowym zasilaczu Forward komputera PC AT gro mocy pobierane jest z napięcia +5V a napięcie +12V zasila silniki dysków elastycznych i twardych. Druty uzwojeń dławika obu prostowników są razem nawinięte ( bardzo dobre sprzężenie ) na toroidalnym rdzeniu z żelaza proszkowego o rozproszonej szczelinie powietrznej. Stabilizowana jest ważona suma napięć +5V i +12V ale dominuje waga ważniejszego wyjścia +5V.

Dla danego materiału rdzenia przy stałej częstotliwości pracy najmniejszy jest rdzeń dla przetwornicy Forward w układzie półmostkowym i mostkowym a następnie dla asymetrycznego układu Forward a najgorszy jest układ Flyback, który jednak nie wymaga dławika wyjściowego.

Transformator zasilacza komputera PC jest mały jak na swoją moc i ma małe rozproszenie i wynikającą z tego dobrą ( to znaczy jeszcze dopuszczalną ) współbieżność regulowanych napięć wyjściowych.

W mikrokomputerze Tandy 2000 zastosowano SMPS w modzie Flyback. Na schemacie pokazano tylko układ po stronie wtórnej transformatora przetwornicy. Układem U4 z izolacją transoptorem regulowane jest najważniejsze napięcie prostownika +5V a napięcie +12V regulowane jest przez MA Rameya. Nasycany dławik L3 na małym rdzeniu toroidalnym jest charakterystycznie dla MA Rameya włączony szeregowo z dioda prostownika CR2. Prądu odsycającego rdzeń MA dostarcza poprzez diodę CR1 wykonawczy tranzystor regulatora Q1 sterowany wzmacniaczem błędu na tranzystorze Q2. Jak widać układ jest prosty i tani.

Zastosowano układ ochronny Crowbar. Generowany jest też sygnał „Power Good”

N.B. Prąd odsycający w MA Rameya w urządzeniach do średniej mocy dostarcza liniowy element natomiast w rozwiązaniach dużej mocy stosuje się sterowany fazowo klucz lub pseudo klucz aby zmniejszyć straty mocy.

Sterowanie CNC „Fanuc 6” pobiera całkiem sporo mocy. SMPS pracuje w asymetrycznym dwutranzystorowym układzie Forward. Stabilizowane jest najważniejsze napięcie +5V a napięcie +24V jest stabilizowane przez MA Rameya. Znów dławik nazwany „MA” jest niewielki.

Straty mocy w MA Rameya są znikome w porównaniu z alternatywnym regulatorem ciągłym. Układ MA Rameya w tych zastosowaniach jest tani, prosty i niezawodny.

Szybkość „przełączania” nasycanego dławika w MA Rameya zależy od materiału rdzenia i jest proporcjonalna do częstotliwości energii zasilania. Dławik „przełącza” szybciej niż tyrystor dopiero przy częstotliwościach napięcia energii parudziesięciu kiloherców i generalnie nie wytwarza zakłóceń radiowych.

Na pokładach wszelkich samolotów cywilnych i militarnych generatory mocy dostarczają do sieci pokładowej napięcia o częstotliwości 400 Hz. Przy tej częstotliwości dławiki MA są względnie małe i może to tłumaczy dużą popularność MA Rameya w samolotach, także najnowszych. Zakłócenia radiowe muszą być mocno w urządzeniach samolotu zwalczane a MA dość mało ich generuje co jest wielką zaletą. Użycie drogich materiałów na rdzenia MA nie ma dużego znaczenia bowiem sprzęt lotniczy jest drogi podobnie jak samoloty.

Co do ocenzurowania nazwiska Rameya. W XX wieku w niemieckim Wrocławiu urodziło się aż 11 późniejszych Noblistów.

Ulubiony poeta Stalina, Majakowski pisała że: „Jednostka zerem, jednostka niczym..”

Ale jednak wszyscy wynalazcy mają nazwiska a potężne amerykańskie koncerny mają często jako nazwę nazwiska swoich założycieli.