Kyllästyvä kuristin

Kyllästyvä kuristin[4], siirtokuristin[5] tai viertokuristin[6] on välttämätön komponentti kaikissa magneettivahvistimissa.[7][8][9] Kyllästyvä kuristin voi myös yksinään olla magneettivahvistin, jos siinä on kahden työkäämin tasapainotettu rakenne. Pelkkä yksinkertainen yhden työkäämin kyllästyvä kuristin ei ole magneettivahvistin ellei siihen lisätä muita virtapiirielementtejä.[10] Kyllästyvää kuristinta voidaan pitää virtapiirin elementtinä, jonka impedanssi on hyvin suuri käyttöjännitteen puolijakson yhden osan aikana ja hyvin matala puolijakson jälkimmäisen osan aikana.[11] Siirtymä näiden tilojen välillä on äkillinen. Vaihekulmaa, jonka kohdalla impedanssi muuttuu korkeasta matalaan, säädellään tavallisesti tasavirralla.[12]

Kyllästyvä kuristin valonsäätimenä. Ylimpänä on kuormavirtapiiri, alimpana ohjausvirtapiiri. Rakenne vastaa keksijöiden Burgess & Frankenfield patentoimaa säädintä[1].
Säätimen komponentit
G Vaihtojännitelähde, esimerkiksi generaattori tai sähkönsiirtoverkko
L Hehkulamppu tai muu vastaava kuorma
T Muuntajaa muistuttava käämitty kyllästyvä kuristin
R Säätövastus tai muu tasavirtaa rajoittava säätölaite
B Paristo tai muu tasajännitelähde
Säätimen toiminta perustuu muuntajaan, joka on laitteen lepotilassa kuormittamaton. Työkäämissä kulkeva magnetointivirta on niin pieni, että se ei riitä hehkuttamaan hehkulamppua. Kun ohjauskäämiin kytketään tasajännitelähteen ja säätövastuksen avulla sähkövirta, kyllästyvän kuristimen ferromagneettinen magneettipiiri saadaan osittain tai kokonaan kyllästettyä. Kun kyllästyvän kuristimen sydän kyllästyy, magnetointivastus työkäämissä romahtaa, ja jäljelle jää ainoastaan käytännössä mitätön työkäämin langan resistanssi ja induktanssi. Kuormavirran kulkua rajoittaa hehkulampun resistanssi. Kyllästymistä ja valon kirkkautta voidaan säätää portaattomasti muuttamalla ohjausvirran suuruutta.
Säätimenä käytetyn kyllästyvän kuristimen magnetointikäyrä. Kun ohjauskäämissä ei kulje virtaa, magnetointisilmukka (punainen) on jyrkkä ja työkäämin läpi kulkee vain pieni magnetointivirta dI1. Kun ohjauskäämin virtaa kasvatetaan, toimintapiste siirtyy (piirroksessa oikealle ja ylös), jolloin magnetointisilmukka kääntyy (sininen). Suurempi virta kulkee työkäämin läpi ja kuormavirtapiirissä kyllästyvä kuristin näkyy entistä pienempänä vastajännitteenä. Ohjauskäämin virtaa kasvatettaessa magnetointsilmukka (keltainen) kääntyy vielä enemmän ja virta edelleen kasvaa. Näin voidaan kuormavirtaa kasvattaa yhä enemmän, kunnes kyllästyvän kuristimen ferromagneettinen sydän on magneettisesti täysin kyllästynyt.
Sarjaan kytketyt kyllästyvät kuristimet, jotka ovat E. F. W. Alexandersonin patentoiman keksinnön ydin.[2] Kuormapiirin vaihtosähkö pyrkii indusoimaan ohjauskäämeihin ja sitä kautta ohjausvirtapiiriin häiritsevän suuren vaihtojännitteen. Käyttämällä kahta sarjaan kytkettyä kyllästyvää kuristinta haitallinen muuntajavaikutus kumoutuu.
Rinnan kytketyt kyllästyvät kuristimet. Käyttämällä kahta rinnan kytkettyä ohjauskäämien osalta vastakkaisvaiheista kuristinta haitallinen muuntajavaikutus kumoutuu.
Yhteen ferromagneettiseen sydämeen rakennettu sarjaan kytketty kyllästyvä kuristin. Ohjauskäämi on keskellä. Työkäämit ovat sen vasemmalla ja oikealla puolella. Tämän rakenteen esitteli Francis B. Crocker vuonna 1904.[3]
Muuntajasydämen piiseosteisen magneettiteräksen magnetointikäyrä (1) ja magneettivahvistimen kyllästyvään kuristimeen soveltuvan sydänmateriaalin magnetointikäyrä (2).
Yksinkertainen kyllästyvän kuristimen magnetointivirran ja kyllästymisen mittausjärjestely.
Oskilloskoopin avulla hankittu kuva kyllästyvän kuristimen mittauksesta. Käyrien numerot viittaavat aiemman piirroksen oskilloskoopin kanaviin. Alemmasta käyrästä ilmenee, kuinka virta pysyy magnetoitumisen ajan lähes tasaisena, kunnes se magneettisydämen kyllästyessä nopeasti nousee, ja mittauksessa käytetty sarjavastus rajoittaa virran huippuarvon.

Toimintaperiaate

Kyllästyvän kuristimen toiminta perustuu ferromagneettisen sydämen magneettiseen kyllästymiseen tai permeabiliteetin muutoksiin. Näissä käytetään erityyppisiä magneettisydämen materiaaleja toimintaperiaatteen mukaan.[13] Permeabiliteetin vähittäisiin muutoksiin perustuvassa kyllästyvässä kuristimessa ei tavoitella magneettisydämen äkillistä kyllästymistä, vaan hyödynnetään toimintapistettä, jonka ympäristössä permeabiliteetti muuttuu jatkuvasti.[14][1][15][16] Magneettivahvistimien kyllästyvissä kuristimissa on ohjauskäämit, joiden avulla magneettisydämen magnetointia säädetään ja työkäämit, joiden läpi kuormavirta kulkee.[17] Kyllästyvän kuristimen sydämelle on tyypillistä suuri magnetointivastus, pieni magnetointivirta vuon kyllästymisrajojen sisäpuolella ja äkillinen magneettinen kyllästyminen rajan ylittyessä.[11][18] Kyllästyneen kuristimen magnetointivastus häviää ja ainoastaan työkäämin resistanssi pysyy, kunnes käyttöjännitteen ja sen myötä työkäämin virran napaisuuden kääntyminen palauttavat kyllästyvän kuristimen sydämen magneettivuon alempaan arvoon.[19]

Historia

Mekaanisesti säädettäviä kuristimia käytettiin valaistuksen säätöön jo 1800-luvun lopulla. Kuristimen magneettipiiriä avaamalla saatiin vähennettyä induktanssia, jolloin vaihtovirta kuristimen läpi kasvoi.[20] Charles F. Burgess ja Budd Frankenfield keksivät, että ferromagneettisen muuntajasydämen magneettista kyllästymistä voisi käyttää sähkövirran säätämiseen esimerkiksi hehkulamppuvalaistuksessa.[1][21] Francis Crocker keksi miten kahden työkäämin rakenteella voitiin kumota muuntajavaikutus.[3] Amerikanruotsalainen Ernst Alexanderson oivalsi kyllästyvän kuristimen mahdollisuudet ja ryhtyi käyttämään keksimäänsä magneettivahvistinta tehokkaissa radiolähettimissä.[22][23][24][25]

Mekaaniset rakenneratkaisut

Tasavirtaohjattu kyllästyvä kuristin koostuu tavallisesti magneettiteräksestä laminoidusta kolmihaaraisesta magneettisydämestä, jonka keskimmäisen haaran ympärille on käämitty ohjauskäämi ja kahteen ulommaiseen haaraan työkäämit.[26]

Merkittävin luokittelu aiheutuu työkäämien lukumäärästä:

  1. Yhden työkäämin kyllästyvät kuristimet, jotka eivät rakenteeltaan eroa yksivaiheisista muuntajista. Yleensä tämäntyypinen ratkaisu tarvitsee seurakseen vähintään diodin[27] tai lineaarisen kuristimen[1], jotta kuormavirtapiirin jännitteen siirtyminen työkäämin ja ohjauskäämin kautta ohjausjännitteeseen voidaan estää tai edes vaimentaa.
  2. Kahden työkäämin kyllästyvät kuristimet, jotka mahdollistavat muuntajavaikutuksen kumoamisen. Työkäämit voidaan kytkeä sarjaan tai rinnakkain.[28][29][30][31] Tällöin voidaan myös käyttää nimitystä transduktori.
William Geyger esitteli kuusi yleistä rakenneratkaisua jälkimmäisen luokan toteuttamiseksi[32]:
  1. Kaksi erillistä rengassydämistä kyllästyvää kuristinelementtiä.
  2. Kaksi erillistä laminoiduista magneettisydämistä muodostettua kyllästyvää kuristinelementtiä. Tämä on toimintaperiaatteeltaan täysin edellistä vastaava.
  3. Yksi kolmihaarainen magneettisydän, joka muodostaa kaksi magneettipiirin silmukkaa ja jonka keskimmäiseen haaraan on käämitty ohjauskäämi ja ulommaisiin haaroihin työkäämit.
  4. Yksi kolmihaarainen magneettisydän, jossa on häiritsevien hystereesi-ilmiöiden eliminoimiseksi halkaistu keskihaara, johon on käämitty ohjauskäämi ja ulommaisiin haaroihin työkäämit. Käämien rakenteen suhteen tämä on täysin vastaava kuin edellisessä kohdassa.
  5. Kaksi kolmihaaraista magneettisydäntä, joiden keskihaaroihin on käämitty erilliset työkäämit ja edellisten päälle yhteinen työkäämejä peittävä ohjauskäämi. Nämä käämit voidaan valmistaa sisäkkäisiin kelarunkoihin ennen kokoonpanoa.
  6. Kaksi rengassydäntä, joihin on ensin erikseen käämitty työkäämit, minkä jälkeen käämityt rengassydämet on yhdistetty ja edellisten käämien päälle on käämitty yhteinen työkäämejä peittävä ohjauskäämi.

Käämit

Lineaarisessa kuristimessa on tavallisesti yksi käämi ja muuntajassa ensiökäämi ja vähintään yksi toisiokäämi. Kyllästyvässä kuristimessa on erilaisia käämejä eri tehtävissä.[17] Ne kuitenkin jakaantuvat kahteen pääluokkaan: ohjauskäämeihin ja pääkäämeihin.[33]

1. Pääkäämit (engl. Main Windings)
1.1. Työkäämit[34][35] (engl. Output Windings) Teho kuormaan kulkee työkäämien kautta. Tavallisesti magneettivahvistimissa ei ole muita pääkäämien luokkaan kuuluvia käämejä kuin työkäämit, mutta poikkeuksiakin on.
1.2. Tehokäämit (engl. Power Windings) Magneettivahvistimelle teho tulee käyttöjännitteestä tehokäämeille. Tavallisesti tehokäämit ovat myös työkäämejä, ja tällöin käytetään nimitystä työkäämi, mutta magneettivahvistimessa voi olla myös erilliset työkäämit ja tehokäämit.[36]
2. Ohjauskäämit[37][38] (engl. Control Windings)
2.1. Signaalikäämit (engl. Signal Windings) Vahvistettava signaali tuodaan signaalikäämille. Jos useita signaaleja täytyy summata magneettivahvistimessa, ne voidaan tuoda omille signaalikäämeilleen, ja tällaisissa tapauksissa signaalikäämejä voi olla useita.
2.2. Takaisinkytkentäkäämit (engl. Feedback Windings) Kuten vahvistimissa yleensä, erilaisia takaisinkytkentöjä voidaan tuoda eri paikoista. Magneettivahvistimissa takaisinkytkentään voidaan käyttää tarvittaessa useita käämejä.
2.3. Biasointikäämit (engl. Bias Windings) Vahvistimen toimintapisteen säätöön voidaan käyttää biasointikäämejä. Biasointikäämiin johdettu tasavirta siirtää toimintapistettä.

Vaikka edellä pääkäämit ja ohjauskäämit jaettiin erillisiin pääluokkiin, on olemassa myös magneettivahvistimen sovelluksia, joissa kyllästyvässä kuristimessa on vain yksi käämi. Hakkuriteholähteen apuregulaattorissa yksi käämi riittää. Tämän yhden käämin tehtävät työkääminä ja ohjauskääminä erotellaan diodeilla.[39][40][41][42][43] Tästä poikkeuksellisesta mutta lukumääräisesti yleisestä sovelluksesta on olemassa myös poikkeuksen poikkeus, jossa hyödynnetään kahta käämiä.[44]

Kyllästyvän kuristimen ja magneettivahvistimen ero

Sekaannuksen välttämiseksi kyllästyvä kuristin ja magneettivahvistin erotellaan toisistaan seuraavasti[45]:

Kyllästyvän kuristimen ja magneettivahvistimen eroa on verrattu elektroniputken ja putkivahvistimen eroon.[46] Vastaava vertaus voidaan ulottaa myös transistoreihin ja transistorivahvistimiin.

Kyllästyvän kuristimen ja lineaarisen kuristimen ero

Näennäisestä rakenteen samankaltaisuudesta huolimatta kyllästyvä kuristin on hyvin erilainen kuin lineaarinen kuristin. Nimityksen samankaltaisuus saattaa aiheuttaa sekaannuksia. Ne eivät ole sama asia eivätkä keskenään vaihtokelpoisia.[47] Ominaisuudet, jotka tekevät lineaarisesta kuristimesta ideaalisen, tekevät kyllästyvästä kuristimesta kelvottoman.[48][49]

Kyllästyvän kuristimen ja lineaarisen kuristimen sähköisiä ominaisuuksia:

  1. Magnetointivirta on samassa vaiheessa jännitteen kanssa. Lineaarisen kuristimen tapauksessa virta on 90° jäljessä.
  2. Magnetointivirran kuvaajan aaltomuoto on suorakulmainen. Lineaarisen kuristimen magnetointivirta on siniaallon muotoinen, jos jännitekin on muodoltaan siniaalto.
  3. Jännitteen ja virran suhde ei ole lineaarinen. Kyllästyvän kuristimen virtaa rajoittaa magneettisydämen koersiviteetti. Lineaarisen kuristimen virta on suorassa suhteessa jännitteeseen.
  4. Jos kyllästyvän kuristimen kuormakäämin kanssa on sarjaan kytketty vastus, ja näiden yli kytketään askelmainen jännite, kyllästyvän kuristimen virta on aluksi tasainen magnetointivirta ja kyllästyvän kuristimen magneettisydämen kyllästyttyä virta nousee askelmaisesti siihen arvoon, johon kuormavastus virran rajoittaa. Lineaarisen kuristimen tapauksessa virta alkaa asymptoottisesti lähestyä lopullista kuormavirtaa noudattaen ajasta riippuvaa eksponenttifunktiota.

Kyllästyvän kuristimen ja lineaarisen kuristimen rakenteellisia ominaisuuksia:

  1. Magneettipiirissä ei ole ilmaväliä missään, ei myöskään hajautettua ilmaväliä. Lineaarisessa kuristimessa on tavallisesti ilmaväli, joka voi olla myös hajautettu. Ilmasydämisessä lineaarisessa kuristimessa ei ole ferromagneettista sydäntä lainkaan.
  2. Magneettipiiriin valitaan sydänmateriaali, jonka suhteellinen permeabiliteetti on korkea ja hystereesisilmukka suorakulmainen. Lineaarisen kuristimen magneettisydämessä suurin sallittu vuon tiheys on yleensä tärkeämpi kuin äärimmäisen suuri permeabiliteetti.
  3. Magneettipiirin muodolla pyritään siihen, että koko magneettisydän kyllästyisi kauttaaltaan samanaikaisesti. Tästä syystä rengasmaisen sydämen sisä- ja ulkohalkaisijan suhteellinen ero on pieni. Lineaarisessa kuristimessa ferromagneettisen sydämen magneettista kyllästymistä pyritään välttämään ja sydänmateriaalin määrä on paljon tärkeämpi kuin ulkohalkaisijan ja sisähalkaisijan suhteellinen ero.

Kyllästyvän kuristimen yleisiä ominaisuuksia
  • Kyllästyvän kuristimen magneettisydän ja käämilangat kestävät hyvin neutronisäteilyä.[50]
  • Kyllästyvä kuristin kestää korkeita lämpötiloja. Lämpötilan rajoitukset johtuvat tavallisesti käämien eristeistä.[51][52] Magneettisydän ja käämilangan kupari kestävät korkeampia lämpötiloja tuhoutumatta.[53]
  • Kulumattomuus. Kyllästyvän kuristimen ominaisuudet eivät huonone käytössä.[54][55][56]
  • Vaihtojännitelähde on pakollinen.[57][58]
  • Kyllästyvän kuristimen ferromagneettisen sydänmateriaalin ominaisuudet rajoittavat taajuuskaistaa.[59]

Transduktori

Transduktori (engl. transductor) on kyllästyvän kuristimen erikoistapaus. Joissain lähteissä transduktori on määritelty samoin kuin kyllästyvä kuristin.[6][5][60] Toisissa lähteissä transduktori tarkoittaa nimenomaan sellaista kyllästyvää kuristinta, jossa on kaksi työkäämiä muuntajavaikutuksen kumoamista varten.[61][4] Joissain lähteissä on lisäksi tarkennettu, että transduktorissa on kaksi magneettisydäntä.[62] Riippuen transduktorin mekaanisesta kokoonpanosta, siinä voi olla kaksi ohjauskäämiä tai yksi ohjauskäämi.[63][64] Transduktorin nimityksen käytölle on ollut kannattajia lähinnä Britanniassa ja Skandinaviassa.[65] Jonkin verran vastustusta sen käytölle ilmeni, koska englannin kielen sanat transductor ja transducer muistuttavat toisiaan, vaikka niillä on aivan eri merkitykset.[66]

Lähteet
  • Attura, George M.: Magnetic Amplifier Engineering. New York, New York: McGraw-Hill, 1959. Library of Congress Catalog Card Number: 58-12988. (englanniksi)
  • Austrin, Lars: On Magnetic Amplifiers in Aircraft Applications. Lisensiaattityö. Stockholm, Sweden: Royal Institute of Technology, 2007. ISBN 978-91-7178-664-7. Teoksen verkkoversio (PDF) (viitattu 27.12.2015). (englanniksi)
  • Crow, Leonard R.: Saturating Core Devices – Operating Principles and Applications. Vincennes, Indiana: Edwards Brothers, 1949. (englanniksi)
  • Electronics Design & Development Division: Magnetic Amplifiers. Washington, D.C.: Bureau of Ships, Department of the Navy, 1954. Navships 900,172. (englanniksi)
  • Ettinger, George M.: Magnetic Amplifiers. London, United Kingdom: Methuen & Co, 1957. Second Edition. (englanniksi)
  • Frost-Smith, E. H.: The Theory and Design of Magnetic Amplifiers. London, United Kingdom: Chapman & Hall, 1958. (englanniksi)
  • Geyger, William A.: Magnetic-amplifier Circuits. New York, New York: McGraw-Hill, 1957. Second Edition. (englanniksi)
  • Góral, Arkadiusz: Nonparametric Magnetic Amplifiers. Warszawa, Poland: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1970. (englanniksi)
  • Honkanen, Harri: Tehoelektroniikka (PDF) 21.4.2010. Kajaani: Kajaanin ammattikorkeakoulu. Arkistoitu 10.3.2016. Viitattu 12.1.2016.
  • Kemp, Barron: Fundamentals of Magnetic Amplifiers. Indianapolis, Indiana: Howard W. Sams & Co, 1962. Library of Congress Catalog Card Number: 62-19650. (englanniksi)
  • Lafuze, David L.: Magnetic Amplifier Analysis. New York, New York: John Wiley & Sons, 1962. Library of Congress Catalog Card Number: 62-8777. (englanniksi)
  • Lynn, Gordon E. & Pula, Thaddeus J. & Ringelman, John F. & Timmel, Frederick G.: Self-Saturating Magnetic Amplifiers. New York, New York: McGraw-Hill, 1960. Library of Congress Catalog Card Number: 60-6979. (englanniksi)
  • Milnes, A. G.: Transductors and Magnetic Amplifiers. London, United Kingdom: MacMillan & Co, 1957. (englanniksi)
  • Niiranen, Jouko: Tehoelektroniikan komponentit. 4. painos. Helsinki: Otatieto, 2007. nide. ISBN 978-951-672-317-7.
  • Paavola, Martti: ”Siirtokuristimet”, Sähkötekniikan oppikirja, s. 363–365. 8. painos. Porvoo: WSOY, 1964.
  • Paavola, Martti: ”Magneettivahvistimet”, Sähkötekniikan oppikirja, s. 388–397. 13. painos. Porvoo: WSOY, 1979. ISBN 951-0-09265-7.
  • Platt, Sidney: Magnetic Amplifiers – Theory and Application. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, 1958. Library of Congress Catalog Card Number: 58-11838. (englanniksi)
  • Reyner, J. H.: The Magnetic Amplifier. London, United Kingdom: Stuart & Richards, 1950. (englanniksi)
  • Say, M. G.: Magnetic Amplifiers and Saturable Reactors. London, United Kingdom: George Newnes, 1954. (englanniksi)
  • Sha, Zhanyou; Wang, Xiaojun; Wang, Yanpeng; Ma, Hongtao: Optimal design of switching power supply. Singapore: John Wiley & Sons Singapore, 2015. ISBN 978-1-118-79090-8. (englanniksi)
  • Sievänen, Jussi: Kytkentäsuojapiirien vertailu erään polttokennojärjestelmän kokoaaltosiltamuuntimen tasasuuntaajassa (PDF) (Diplomityö) Tritonia. 15.11.2011. Vaasa: Vaasan yliopisto. Viitattu 12.1.2016.
  • Storm, Herbert Frederick: Magnetic Amplifiers. New York, New York: John Wiley & Sons, 1955. Library of Congress Catalog Card Number: 55-6432. (englanniksi)
  • Torkkola, Erkki: ”Transduktorit eli viertokuristimet”, Tekninen sähköoppi 1 – Elektroniikka, s. 233–237. Helsinki: Tammi, 1977. ISBN 951-30-4091-7.

Viitteet
  1. United States Patent, Regulation of Electric Circuits. (Charles F. Burgess & Budd Frankenfield). 720884, June 12, 1901, (February 17, 1903). 6 sivua. PDF, viitattu 2010-10-05. (englanniksi)
  2. United States Patent, Controlling Alternating Currents. (Ernst F. W. Alexanderson). 1206643, December 17, 1912, (November 28, 1916). 4 sivua. PDF, viitattu 2010-10-05. (englanniksi)
  3. Patentti US 891,797 Francis B. Crocker: "Method of automatic regulation of rectifiers and rotary converters". viitattu 2016-01-06. Lukija säästää hermojaan, jos siirtyy lukemaan patentin tekstiä PDF-dokumentista.
  4. Paavola, 1979. s. 389. Lainaus: "Kaksi kuvan 484 mukaan yhteistoimintaan kytkettyä kyllästyvää kuristinta muodostaa magneettivahvistimen (transduktorin)."
  5. Paavola, 1964. s. 363. Lainaus: "Tällaista rautasydämistä kuristinta, jossa raudan magneettista kyllästymisilmiötä käytetään vaihtovirtapiirin virran ja jännitteen säätöön, sanotaan siirtokuristimeksi (transduktoriksi)."
  6. Torkkola, s. 234. Lainaus: "Tällaista säätölaitetta sanotaan transduktoriksi eli viertokuristimeksi."
  7. Paavola, 1964. s. 363–364. Lainaus: "Siirtokuristimia käytetään kuitenkin yleensä kuvasta 448 poikkeavissa kytkennöissä, joissa niiden säätökyky on paljon suurempi, niin että ohjauskäämin virran ja tehon muutokset tuntuvat monikymmen- jopa monisatakertaisina säädettävässä virtapiirissä. Tästä johtuu niiden toinen nimi magneettinen vahvistin."
  8. Torkkola, s. 234. Lainaus: "Laite toimii magneettisena vahvistimena, jolloin pienellä ohjauspiirin teholla (virta) voidaan ohjata huomattavan suuria työpiirin tehoja."
  9. Crow, s. 272. Lainaus: "Consider the saturable core reactor or simple magnetic amplifier circuit given in Figure 11-3." Piirroksessa esitetään kolmihaaraiseen magneettisydämeen tehty sarjaankytketty kyllästyvä kuristin, jonka ohjauskäämi on magneettisydämen keskimmäisessä haarassa ja työkäämit kahdessa muussa haarassa.
  10. Góral, s. 94. Lainaus: "It has been shown elsewhere that the single-core saturable reactor with resistive control circuit impedance and resistive load is not an amplifier for any ratio of control-to-output circuit resistances. It would appear that a necessary and sufficient condition for power gain in a circuit with a nonlinear magnetic core is that the control and output circuits be effectively decoupled or, in other words, that the ordinary transformer action of the core be eliminated."
  11. Storm, s. 62. Lainaus: "... the SR is viewed as an impedance which, during steady-state operation, is very high throughout one part of the half-cycle of the supply voltage and very low throughout of the rest of the half-cycle. The change from one impedance level to the other is rapid."
  12. Storm, s. 62–67
  13. Attura, s. 53–55. Tässä on esitetty esimerkkeinä kaksi erityyppistä sydänmateriaalia: Deltamax ja Supermalloy.
  14. Milnes, s. 1–3. Sivulla 2 esitetään piirroksella, miten yksinkertainen vähitellen kyllästyvä kuristin vaikuttaa virran säröön riippuen laitteen mitoituksesta ja vaihtojännitteen amplitudista.
  15. Platt, s. 60–62
  16. Ettinger, s. 4–6
  17. Geyger, s. 26. Lainaus: "The performance of magnetically controlled saturable-reactor devices depends to a considerable extent on the arrangement of the various windings operating as load windings, control windings, bias windings, feedback windings, or as additional windings for special purposes."
  18. Kemp, s. 77. Lainaus: "For materials such as Deltamax in which the flux-current loop has nearly vertical sides, the exciting current, shown in Fig. 5-8A, will be constant when the core flux-density is less than the saturation flux-density, and will rise sharply when the core flux-density exceeds the saturation flux-density."
  19. Attura, s. 67–68 Lainaus: "At θf the flux density reaches Bs , the reactor saturates, and by Lenz's law, its terminal voltage becomes zero. Now all the line voltage must appear across the limiting resistor, and the current increases to an instantaneous value equal to i = e / Z where e is the instantaneous value of line voltage, and Z is the total residual impedance in the circuit. A well-designed reactor contributes little to Z when saturated, and for the remainder of the half-cycle the current is set by the line voltage and is sinusoidal. As the line voltage reverses, the flux changes in the opposite direction, and low magnetizing current flows until saturation is reached at π + θf "
  20. Kemp, s. 7. Lainaus: "The use of magnetic forces for amplification is not new; a survey of its history shows that although the device was not known as a magnetic amplifier at that time, it was used in electrical machinery as early as 1885."
  21. Fitzgerald, Alan S.: Magnetic Amplifier Circuits, Neutral Type. ("Considering the resourcefulness and diligence which have been applied to these efforts, it is remarkable how few of these ingenious schemes have found a permanent place in general engineering practice. With the exception of a few large theatre stage-lighting control systems, there is no application of saturating reactors in common use with regard to which information can readily be found in technical literature.") Journal of The Franklin Institute, October 1947, 244. vsk, nro 4, s. 249. (englanniksi)
  22. Ettinger, s. 1.
  23. Geyger, s. 7. Lainaus: "Very important development started in the period 1912 to 1918 when E. F. W. Alexanderson devised a method of modulating high-frequency alternating currents from one of his alternators so that its current could be used for transatlantic radio telephony."
  24. Kemp, s. 7. Lainaus: "The first person to realize the application of electromagnets (reactors) as amplifying elements was an American engineer, E. F. W. Alexanderson, generally acknowledged to be the father of magnetic amplifiers. In 1916, he used magnetic amplifier to modulate current from a high-frequency alternator which was used for transmitting radiotelephone signals."
  25. Austrin, s. 17. Mukana Alexandersonin radiolähettimen kytkentäkaavio.
  26. Crow, s. 1–4
  27. Electronics Design & Development Division, s. 5. Tässä esitetään, miten pelkästä yksinkertaisesta kyllästyvästä kuristimesta (Fig. 2) tehdään magneettivahvistin yhden kuormavirtapiiriin kytketyn diodin (Fig. 3) avulla.
  28. Austrin, s. 15 (PDF-sivulla 25). Sivulla esitetään sekä rinnan- että sarjaankytketyn kyllästyvän kuristimen eli ns. transduktorin periaatepiirrokset. Tässä tapauksessa magneettisydämet ovat renkaanmuotoiset ja ohjauskäämit näille yhteiset.
  29. Ettinger, s. 7. Tässä esitetään yhdellä sivulla piirroksissa kolme tavallisinta mekaanista ratkaisua kahden työkäämin kyllästyvän kuristimen (ns. transduktorin) muodostamiseksi.
  30. Lafuze, s. 186. Rinnan kytketty kyllästyvä kuristin piirroksessa 18.1.
  31. Lafuze, s. 191. Sarjaan kytketty kyllästyvä kuristin piirroksessa 18.6.
  32. Geyger, s. 27. Fig. 2.3.
  33. Say, s. 4.
  34. Paavola, 1964. s. 363. Lainaus: "Työkäämi 1 kuuluu vaihtovirtapiiriin, jossa kulkee vaihtovirta I."
  35. Paavola, 1979. s. 388. Lainaus: "Työkäämi 1 kuuluu vaihtovirtapiiriin."
  36. Say, s. 4. Lainaus: "The power windings are those to which power is supplied by a local source. Commonly, the functions of the output and power windings are combined in one winding, which is then termed the output winding."
  37. Paavola, 1964. s. 363. Lainaus: "Oletetaan ohjauskäämin 2 aluksi olevan virraton."
  38. Paavola, 1979. s. 388. Lainaus: "Vaihtovirran synnyttämä mmv, joka vaihtelee +iαN1:n ja -iαN1:n välillä, synnyttää +φα:n ja -φα:n välillä vaihtelevan magneettivuon (kuva 482), jos ohjauskäämi 2 on virraton."
  39. Patentti US 4,460,955 Masayuki Hattori & Shigeo Nakamura: "Stabilizing power supply apparatus". PDF, viitattu 2015-12-22.
  40. Mammano, Bob: Magnetic Amplifier Control for Simple, Low-Cost, Secondary Regulation (PDF) (Seminar 500 Topic 7) www.ti.com. 2001. Texas Instruments. Viitattu 22.12.2015. (englanniksi) Figure 7 esittää magneettivahvistimella toteutetun apuregulaattorin rakennetta ja toimintaperiaatetta.
  41. Horowitz, Paul; Hill, Winfield: ”6.19 Switching regulators and dc-dc converters”, The Art of Electronics, s. 363, 366. Second Edition. Cambridge, New York: Cambridge University Press, 1989. ISBN 978-0-521-37095-0. (englanniksi) Lainaus: "For the +12 volt supply they used the +5 volt output as a reference for error amplifier Q2, which controls a "magnetic amplifier". The latter consists of series saturable reactor L3, provided with an opposing "reset current" via Q1. The reset current determines how many volt-seconds the inductor will block before reaching the state of magnetic saturation, in which it acts as a good conductor. A magnetic amplifier deserves its name, because a small control current modifies a large output current. Mag-amp controllers are available as complete integrated circuits, for example the UC3838 from Unitrode."
  42. Jamerson, Cliff; Barker, Mark (1991). "Magamp Design with Ferrite Core Saturable Reactors". Applied Power Electronics Conference and Exposition. Lake Mary, Florida: IEEE. s. 359–364. Lainaus: "It became obvious to commercial power supply designers that magamps were needed in order to increase the power density of multiple-output PWM supplies."
  43. Sha et al. s. 241. Figure 7.6 Voltage regulator circuit of 3.3-V magnetic circuit in PC SMPS
  44. Attwood, Brian E.; Peterson, Allan L. (1994). "Highly Efficient, 1 Megahertz Magnetic Amplifier Requires Low Cost, Non-Square Loop Material". APEC '94. Conference Proceedings 1994. Applied Power Electronics Conference and Exposition, Orlando, FL. IEEE. pp. 179–184. doi:10.1109/APEC.1994.316402. ISBN 0-7803-1456-5.
  45. Platt, s. 54. Lainaus: "The terms saturable reactor and magnetic amplifier are used frequently in today's literature in a confusing and contradictory manner. To prevent such confusion in this text, the devices are described as follows: a magnetic amplifier is a circuit device consisting of combinations of saturable reactors, rectifiers, resistors, and conventional transformers used to secure control and amplification; a saturable reactor (or transductor) is the reactor alone regardless of how it is used."
  46. Frost-Smith, s. 17. Lainaus: "The transductor is the basic amplifying element in a magnetic amplifier just as the valve is the amplifying element in an electronic amplifier."
  47. Kuristin eli kela yleensä tarkoittaa ilmasydämistä tai ilmavälillistä sähködynaamista energiavarastoa, ja se on tavallinen sähköisessä signaalin suodatuksessa ja tehoelektroniikassa. Magneettivahvistimien kyllästyvässä kuristimessa energian varastointi ja magnetointikäyrän lineaarisuus ovat ehdottoman epätoivottuja ominaisuuksia.
  48. Lynn, Pula, Ringelman, Timmel. s. 1–5
  49. Attura. s. 23–29
  50. Lynn, Pula, Ringelman, Timmel. s. 37. Lainaus: "The nature of ferromagnetic materials results in far less damage from nuclear radiation than is done to demiconductor materials."
  51. Kemp, s. 44. Lainaus: "The advantages in the use of silicon rectifiers lie in the maximum temperature to which they may be operated. For most types the upper operating level is +200 °C."
  52. Frost-Smith, s. 138. Lainaus: "The maximum power output is usually limited by heating of the windings, this is also a function of the core and coil geometry..."
  53. Attura, s. 46. Lainaus: "At certain temperature, called the Curie point, the energy of thermal molecular agitation is high enough to destroy the orderly arrangement of the atoms in their crystal lattices, and all ferromagnetic properties cease. As the temperature is lowered, the ferromagnetic effects reappear."
  54. Electronics Design & Development Division, s. 44.
  55. Say, s. 127–128. Lainaus: "Saturable reactors are static devices and contain no parts that have a necessarily limited life. In construction they resemble transformers, and the reliability, ruggedness, and long life associated with well-designed transformer can be expected. In many applications the saturable reactor is chosen because these considerations outweigh the cost and other limitations that might be avoided by fitting less-reliable apparatus."
  56. Geyger, s. 279. Lainaus: "Magnetic amplifiers, having no moving parts and not requiring servicing and replacement, are of rugged construction. They can be so designed as to be practically everlasting and can be hermetically sealed."
  57. Lynn, Pula, Ringelman, Timmel. s. 196.
  58. Reyner, s. 99.
  59. Say, s. 176. Lainaus: "It is of interest to note that one of the earliest applications of saturable reactors was to modulate high-frequency carrier. This was achieved thirty years ago with the only core material then available. With modern methods and materials it should be possible to make appreciable progress in this field particularly with the further developments in high-frequency core materials and germanium rectifiers that can be expected."
  60. Frost-Smith, s. 19. Lainaus: "In a transductor the polarizing field is produced by applying the signal voltage to an additional winding (c) (Figure 1.3) linking the core."
  61. Reyner, s. 19–20.
  62. Geyger, s. 61.
  63. Torkkola, s. 234.
  64. Frost-Smith, s. 40–42.
  65. Milnes, s. 1. Lainaus: "The term transductor has gained wide acceptance and is a compound of the words transformer and inductor. More traditional terms such as saturable-core reactor and d.c. pre-magnetized choke are now rather out-moded by this new concise word. For low performance, elementary forms of transductor, however, it is still customary and convenient to use the term saturable reactor."
  66. Say, s. 3–4. Lainaus: "Transductor This is an alternative term for saturable reactor, which has many supporters in Great Britain and Scandinavia. It possibly expresses the idea of the operation of one of these devices better than the term “saturable reactor,” but it is open to the slight objection that it is liable to confusion with the established term “transducer,” which has a different meaning."
    This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.