Кіріспе

Параметрлік күшейткіштің бір түрі. Магниттік күшейткіш (көбінесе "маг-амп" деп аталады) – электр сигналдарын күшейтуге арналған электромагниттік құрылғы. Магниттік күшейткіш 20 ғасырдың басында ойлап табылды және беріктігі мен жоғары ток өткізу қабілеті қажет болғанда вакуумдық құбырлы күшейткіштерге балама ретінде қолданылды. Екінші дүниежүзілік соғыста Германия осы күшейткішті жетілдірді және оны V-2 ракетасында пайдаланды. Магниттік күшейткіш 1947 жылдан 1957 жылға дейін, транзистор оны ығыстыра бастағанға дейін қуатты басқару және төмен жиілікті сигналдарды қолдануда кеңінен таралды. Қазіргі таңдағыда магниттік күшейткіштер көбінесе транзисторлық күшейткіштермен алмастырылды, бірақ кейбір қауіпсіздік маңызды, жоғары сенімділік немесе ерекше талаптарға жауап беретін қолдануларда әлі де қолданылады. Транзисторлық және магниттік күшейткіштердің технологияларын біріктіре пайдалану әлі де кездеседі.

Жұмыс істеу принципі

Визуалды түрде магниттік күшейткіш құрылғысы трансформаторға ұқсауы мүмкін, бірақ жұмыс істеу принципі трансформатордан мүлдем өзгеше – негізінен, магниттік күшейткіш қанықтырылатын реактор болып табылады. Ол өзектің магниттік қанығуының есесінен жұмыс істейді, бұл белгілі бір трансформаторлық өзектің сызықты емес қасиеті. Бақыланатын қанығу сипаттамалары үшін магниттік күшейткіште, әдетте трансформаторларда қолданылатын жұмсақ қанығулы өзекті материалдардың баяу төмендейтін BH қисығынан айырмашылығы, ерекше тікбұрышты BH қисық пішініне ие болу үшін жасалған өзекті материалдар қолданылады. Типтік магниттік күшейткіш екі физикалық жағынан бөлек, бірақ ұқсас трансформаторлық магниттік өзектен тұрады, олардың әрқайсысында екі орам бар: басқару орамы және айнымалы ток орамы. Тағы бір кең таралған конструкция – жоғарыдағы суретте көрсетілгендей, бір басқару орамы және екі айнымалы ток орамы бар, "8" саны пішіндес бір өзекті пайдалану. Төмен кедерістік көзден кішкентай тұрақты ток басқару орамына жіберіледі. Айнымалы ток орамдары қатар немесе параллель қосылуы мүмкін, бұл конфигурациялар магниттік күшейткіштердің әртүрлі түрлерін құрайды. Басқару орамына берілетін басқару тогының мөлшері айнымалы ток орамының толқын пішініндегі, ядроның қанығу нүктесін анықтайды. Қанығу кезінде, қаныққан өзектің айнымалы ток орамы жоғары кедерістік күйден ("өшірілген") өте төмен кедерістік күйге ("қосылған") өтеді – яғни, басқару тогы магниттік күшейткіштің қосқандағы кернеу нүктесін басқарады. Басқару орамындағы салыстырмалы түрде аз тұрақты ток, айнымалы ток орамдарындағы үлкен айнымалы токтарды басқара немесе ауыстыра алады. Бұл ток күшейтуге әкеледі. Екі магниттік өзектің қолданылу себебі – айнымалы ток басқару орамдарында жоғары кернеу тудырады. Оларды қарама-қарсы фазада қосу арқылы, екеуі бір-бірін жояды, сондықтан басқару тізбегінде ток индукцияланбайды. Жоғарыда көрсетілген "8" пішіндес өзегі бар баламалы конструкция да осы мақсатқа магниттік жолмен қол жеткізеді.

Жақсы жақтары

Магниттік күшейткіш – қозғалмалы бөліктері жоқ статикалық құрылғы. Оның тозу механизмі болмайды және механикалық соққылар мен дірілге жоғары төзімді. Оған қыздыру уақыты қажет емес. Осы ерекшеліктеріне байланысты магниттік күшейткіштер атом энергетикасында қолданылып келеді.

Шектеулер

Электрондық күшейткіштермен салыстырғанда бір сатыдан алынатын күшейту шектеулі және төмен. Жоғары күшейтудің жиілік диапазоны қозу жиілігінің шамамен оннан бір бөлігімен шектеледі, бірақ бұл жиілікті пайдалану жиілігінен жоғары токтармен магниттік күшейткіштерді қоса отырып, көбінесе жеңілдетіледі. Магниттік күшейткіш 2 киловатттық Александерсон генераторының дауыс модуляторы ретінде қолданылды, ал магниттік күшейткіштер радиобайланысқа арналған үлкен жоғары жиілікті генераторлардың кілттеу тізбектерінде пайдаланылды. Магниттік күшейткіштер Александерсон генераторларының жылдамдығын реттеу үшін де қолданылды, бұл берілген радиожиіліктің дәлдігін сақтауға мүмкіндік берді, сондай-ақ жарықтандыруды басқару үшін де пайдаланылды. Жартылай өткізгішті қатты күйдегі коммутаторлар оларды көптеп ығыстырды, бірақ соңғы кезде компактты және сенімді қуат көздерінде магниттік күшейткіштерді пайдалануға қызығушылық қайта жанданды. PC ATX қуат көздері көбінесе екінші жақтың кернеуін реттеу үшін магниттік күшейткіштерді қолданады. Қазіргі уақытта бірнеше ірі электромагнетикалық компаниялар, соның ішінде Metglas және Mag Inc., коммутациялық қуат көздері үшін арнайы жасалған өзектерді өндіреді. Локомотивтер дөңгелектердің сырғанауын анықтау үшін магниттік күшейткіштерді пайдаланды, бірақ олар Холл эффектілі ток түрлендіргіштерімен ауыстырылды. Екі жетекші қозғалтқыштың кабельдері құрылғының өзегі арқылы өтеді. Қалыпты жұмыс кезінде нәтижелі ағын нөлге тең болды, өйткені екі ток бірдей және қарама-қарсы бағытта болды. Дөңгелек сырғанағанда токтар өзгеше болады, нәтижесінде басқару орамы ретінде әрекет ететін ағын пайда болады, бұл AC орамымен қатар резистор арқылы кернеуді тудырады, ол дөңгелек сырғанауын түзету тізбектеріне жіберіледі. Магниттік күшейткіштер жоғары тұрақты кернеуді тікелей қосылымсыз өлшеуге мүмкіндік береді, сондықтан олар әлі де HVDC технологиясында қолданылады. Өлшенетін ток екі өзек арқылы, мүмкін қатты шина арқылы өтеді. Бұл шинада кернеудің түсуі жоқ. Басқару тогының шинасындағы ампер-айналымдарға пропорционалды шығу сигналы магниттік күшейткіштің ауыспалы қозу кернеуінен алынады, шинада кернеу туындамайды немесе индукцияланбайды. Шығу сигналы шинамен тек магниттік байланысқа ие, сондықтан шина кез келген (EHT) кернеуде құралдық жабдыққа қатысты қауіпсіз болуы мүмкін. Құралдық магниттік күшейткіштер көбінесе ғарыш аппараттарында қолданылады, онда таза электромагниттік орта өте қажет. Неміс әскери-теңіз күштері магниттік күшейткіштерді кеңінен пайдаланды. Олар негізгі тұрақты элемент жүйелерінде, қаруларды, директорларды және қашықтық өлшегіштерді басқару үшін баяу қозғалатын берілістерде, сондай-ақ пойыздың және биіктіктің басқаруында қолданылды. Магниттік күшейткіштер жоғары сенімді жартылай өткізгіштер пайда болғанға дейін ұшақ жүйелерінде (авионика) қолданылды. Олар алғашқы автопосадка жүйелерін іске асыруда маңызды рөл атқарды, ал Concorde цифрлық электрониканы пайдаланатын жүйе әзірленгенге дейін қозғалтқыш ауа қабылдауын басқару үшін бұл технологияны қолданды. Магниттік күшейткіштер V2 зымыранының тұрақтандыру басқаруында қолданылды.

Компьютерлік техникада қолдану

Магниттік күшейткіштер 1950 жылдары орталық компьютерлер үшін потенциалдық ажыратқыш элемент ретінде кеңінен зерттелді. Транзисторлар сияқты, магниттік күшейткіштер де әдеттегі вакуумдық түтікшеден кішірек болды және олардың "жанып кетуіне" ұшырамауы, соның салдарынан күтіп-жөндеу жұмыстарының азаюы маңызды артықшылықтары еді. Тағы бір артықшылығы – бір магниттік күшейткішті бірнеше кірісті бір ядроға қосу үшін пайдалануға болады, бұл арифметикалық-логикалық құрылымда (ALU) өте пайдалы болды, себебі компоненттердің санын едәуір азайтуға мүмкіндік берді. Арнайы түтікшелер де осылай істей алатын, бірақ транзисторлар мұндай мүмкіндікке ие болған жоқ, сондықтан магниттік күшейткіш түтікшелер мен транзисторлардың артықшылықтарын біріктіре алды, осы кезеңде соңғыларының бағасы жоғары және сенімділігі төмен болғандықтан. Магниттік күшейткіштердің принциптері магниттік цифрлық логикалық қақпаларды жасау үшін сызықты емес түрде қолданылды. Бұл дәуір қысқа болды, 1950 жылдардың ортасынан шамамен 1960 жылға дейін, одан кейін жаңа өндіріс технологиялары транзисторлардың үлкен жетістіктерін қамтамасыз етіп, олардың құнын күрт төмендетті. Тек бір ірі масштабтағы магниттік күшейткіш машинасы ғана өндіріске енгізілді – UNIVAC Solid State, бірақ бірқатар 1950 жылдардың соңы / 1960 жылдардың басындағы компьютерлер бұл технологияны қолданды, мысалы Ferranti Sirius, Ferranti Orion және English Electric KDF9, немесе MAGSTEC сияқты жекелеген үлгілер.

Ерте дамуы

Кернеу көзі және тізбектей қосылған өзгермелі резистор, сигналды күшейтетін, мысалы, қанықтырылатын реактордың басқару орамдары сияқты төмен кедергілі жүктеме үшін тұрақты ток сигналының көзі ретінде қарастырылуы мүмкін. Осылайша, қағида бойынша, қанықтырылатын реактор – күшейткіш болып табылады, бірақ 20-шы ғасырға дейін олар жарықтандыру және электр машиналарын басқару сияқты қарапайым міндеттер үшін қолданылды, мысалы, 1885 жылдан бастап. 1904 жылы радионың пионері Реджинальд Фессенден General Electric компаниясынан 100 кГц жиілікте айнымалы ток (АЖ) шығара алатын жоғары жиілікті айналмалы механикалық генераторға тапсырыс берді, оны қашықтықтан үздіріксіз толқынды радиохабар тарату үшін пайдалануға болады. Жобалау жұмысы General Electric инженері Эрнст Ф. Александерсонға тапсырылды, ол 2 кВт Александерсон генераторын жасады. 1916 жылы Александерсон транс-океандық радиобайланыс үшін осы айналмалы генераторлардың таралуын басқару үшін магниттік күшейткіш қосты. 1917 жылы жасалған тәжірибелік телеграфия және телефония демонстрациялары АҚШ үкіметінің назарын аударды, әсіресе Атлант мұхиты арқылы трансокеандық кабельдегі жартылай сәтсіздіктерге байланысты. 50 кВт генератор АҚШ Әскери-теңіз күштерімен тартылып алынып, 1918 жылдың қаңтарында пайдалануға берілді және 1920 жылға дейін қолданылды, содан кейін 200 кВт генераторлық жиынтық жасалып орнатылды.

Электр энергиясын өндіруде пайдалану

Магниттік күшейткіштер 1960 жылдардың басынан бастап электр қуатын өндіруде кеңінен қолданылды. Олар генератордың автоматты кернеу реттегіші (AVR) үшін кішкентай сигналды күшейтуді қамтамасыз етті, милливатт (mW) деңгейіндегі шағын қателік сигналын 100 киловатт (kW) деңгейіне дейін арттырды. Бұл өз кезегінде айналмалы машина (экцитатор) арқылы 5 мегаватт (MW) деңгейіне айналдырылды, бұл 500 MW электр станциясының турбиналық генератор бірлігіне қажетті қоздыру қуаты болып табылады. Олардың беріктігі мен сенімділігі дәлелденді. Көбі 1990 жылдардың ортасына дейін пайдалануда болды, ал кейбіреулері ескірген электр станцияларында, әсіресе Солтүстік Калифорниядағы гидроэлектр станцияларында әлі де қолданылуда.

Қате атаулар

1970-ші жылдары Роберт Карвер бірнеше жоғары сапалы, жоғары қуатты дыбыс күшейткіштерін жасап, шығарды және оларды магниттік күшейткіштер деп атады. Бірақ шындығында, олар қуат көзі схемалары ерекше болатын, әдеттегі дыбыс күшейткіш конструкциялары еді. Олар осы мақалада берілген магниттік күшейткіштер емес. Сондықтан оларды нағыз магниттік дыбыс күшейткіштерімен шатастырмау керек, себебі олар да бар.