Електромашинни усилватели

Усилвател се нарича устройство, в което сигнал с ниска мощност (входно количество) контролира относително висока мощност (изходно количество). В този случай изходната стойност е функция на входния сигнал и усилването възниква поради енергията на външен източник.

V усилватели на електрически машини изходната (контролирана) електрическа мощност се генерира от механичната мощност на задвижващия двигател.

Електромашинните усилватели (EMU) са колекторни машини с постоянен ток.

В зависимост от метода на възбуждане електрическите машинни усилватели се разделят на усилватели с надлъжно поле и усилватели с напречно поле.

Надлъжните усилватели на полето, при които основният поток на възбуждане е насочен по надлъжната ос на машината, включват:

1) независим усилвател на електрическа машина,

2) Самовъзбуждащ се електрически машинен усилвател,

3) двумашинни усилватели,

4) двуколекторен електрически машинен усилвател,

5) дву- и тристепенни електрически машинни усилватели на надлъжното поле

Усилвателите на напречното поле, в които основният поток на възбуждане е насочен по напречната ос на машината, включват:

1) Електромашинни усилватели с диаметрална стъпка на намотката на котвата,

2) усилватели на електрически машини с наклон на котвата с половин диаметър,

3) Електромашинни усилватели с разделена магнитна система.

Колкото по -ниска е управляващата мощност на усилвателя на електрическата машина, толкова по -малко тегло и размери на оборудването за управление. Следователно основната характеристика е печалбата. Разграничете усилването на мощността, тока и напрежението.

Коефициент на усилване на мощността на усилвателя kp е съотношението на мощността на изхода Pout към мощността на входа Pin при стационарна работа:

kp = Pизход / Pvx

Усилване на напрежението:

кти = Uout / Uin

където Uout е напрежението на изходната верига; — напрежение на входната верига.

Текуща печалба ki Съотношението на тока на изходната верига Азизходен усилвател към токова входна верига Азв:

кi = Азнавън / Азв

От казаното следва, че усилвателите на електрически машини могат да имат достатъчно висока печалба на мощност (103 — 105). Също толкова важно за усилвателя е неговата производителност, характеризираща се с постоянните във времето на неговите схеми.

Те се стремят да получат висок коефициент на усилване на мощността и висока скорост на реакция от усилвател на електрическа машина, т.е. възможно най -малки времеви константи.

В системите за автоматично управление усилвателите на електрически машини се използват като усилватели на мощност и работят предимно в преходни режими, по време на които възникват значителни токови претоварвания. Следователно, едно от изискванията за усилвател на електрическа машина е добро капацитет на претоварване.

Надеждността и стабилността на работата са сред най -важните изисквания за усилвател на електрически машини.

Усилвателите на електрически машини, използвани на самолети и транспортни инсталации, трябва да бъдат възможно най -малки и възможно най -леки.

В промишлеността най-широко използвани са независим усилвател на електрически машини, усилвател на електрически машини със самовъзбуждане и усилвател на електрически машини с напречно поле с диаметър на стъпката.

Коефициентът на усилване на мощността на независим EMU не надвишава 100.За да се увеличи коефициентът на усилване на мощността на EMU, бяха създадени самовъзбуждащи се електрически машинни усилватели.

Структурно ЕМУ със самовъзбуждане (EMUS) се различава от независим ЕМУ само по това, че намотката за самовъзбуждане е поставена върху възбуждащите си полюси коаксиално с управляващите намотки, която е свързана паралелно с намотката на котвата или последователно с нея .

Такива усилватели се използват главно за захранване на намотката на възбуждане на генератора в системата генератор-двигател и в този случай продължителността на преходния процес се определя от постоянната на времето на генератора.

За разлика от независимите EMU и EMU със самовъзбуждане (EMUS), при които основният поток на възбуждане е надлъжният магнитен поток, насочен по полюсите на възбуждане, в EMU на напречно поле, основният поток на възбуждане е напречният поток от реакцията на котвата .

Най -важната статична характеристика на напречното поле EMU е коефициентът на усилване на мощността. Получава се голяма печалба поради факта, че напречното поле EMU е двустепенен усилвател. Първият етап на усилване: контролната намотка е късо съединение на напречните четки. Втори етап: късо съединена верига от напречни четки — изходна верига от надлъжни четки. Следователно, общата печалба на мощност е kp = kp1kp2, където kp1 е усилването на 1 -ви етап; kp2 — коефициент на усилване на 2 -ри етап.

Когато използвате усилватели на електрически машини в затворени автоматични системи за управление (стабилизатори, регулатори, системи за проследяване), машината трябва да бъде малко подкомпенсирана (k = 0,97 ÷ 0,99), тъй като в случай на свръхкомпенсация в системата по време на работа ще възникне фалшиво смущение поради остатъка м. с. компенсационна намотка, което ще доведе до възникване на автоколебания в системата.

Общият коефициент на усилване на мощността на EMU на напречното поле е пропорционален на четвъртата мощност на скоростта на въртене на котвата, магнитната проводимост по напречната и надлъжната ос и зависи от съотношението на съпротивленията на машинните намотки и натоварването.

Оттук следва, че усилвателят ще има по -високата печалба на мощността, по -малко наситената магнитна верига и по -високата скорост на нейното въртене. Невъзможно е да се увеличи прекомерно скоростта на въртене, тъй като ефектът от превключващите токове започва да се увеличава значително. Следователно, при прекомерно увеличаване на скоростта поради увеличаване на превключващите токове, усилването на мощността няма да се увеличи и дори може да намалее.

Приложение на усилватели на електрически машини

Усилвателите на електрически машини се произвеждат масово и се използват широко в автоматични системи за управление и автоматизирани електрически задвижвания. В системите генератор-двигател генераторът, а често и възбудителят, са по същество независими електрически машинни усилватели, свързани и каскадно. Най -разпространени са електрически усилватели с напречно поле. Тези усилватели имат редица предимства, основните от които са:

1) висока печалба на мощност.

2) ниска входна мощност,

3) достатъчна скорост, тоест малки времеви константи на усилвателните вериги. Времето за нарастване на напрежението от нула до номиналната стойност за индустриални усилватели с мощност 1-5 kW е 0,05-0,1 сек,

4) достатъчна надеждност, дълготрайност и широки граници на вариация на мощността,

5) възможността за промяна на характеристиките чрез промяна на степента на компенсация, което дава възможност да се получат необходимите външни характеристики.

Недостатъците на усилвателите на електрически машини включват:

1) относително големи размери и тегло в сравнение с DC генератори със същата мощност, тъй като ненаситена магнитна верига се използва за получаване на големи печалби,

2) наличието на остатъчно напрежение поради хистерезис. ЕМП, индуцирана в котвата от остатъчния поток магнетизъм, изкривява линейната зависимост на изходното напрежение от входния сигнал в зоната на малки сигнали и нарушава уникалността на зависимостта на изходните параметри на усилвателите на електрическата машина от входните при промяна на полярността на входния сигнал, тъй като поток от остатъчен магнетизъм с постоянна полярност на сигнала ще увеличи контролния поток, а когато полярността на сигнала се промени, той намалява управлението на потока.

В допълнение, под въздействието на остатъчния ЕМП на усилвател на електрическа машина, работещ в режим на свръхкомпенсация, с ниско съпротивление на натоварване и нулев входен сигнал, той може да се самовъзбуди и да загуби управляемост. Това явление се обяснява с неконтролируемо увеличение на надлъжния магнитен поток на машината, първоначално равен на потока на остатъчния магнетизъм, поради придвижващото действие на компенсиращата намотка.

За да се неутрализира вредното въздействие на потока от остатъчен магнетизъм в усилвателя на електрическата машина, се извършва размагнитване на променлив ток, а самите усилватели на електрическите машини се поставят в автоматичните системи донякъде недостатъчно.

Трябва да се отбележи, че с въвеждането на полупроводникови преобразуватели, използването на усилватели на електрически машини в системата за електрическо задвижване на усилвател (генератор) на електрическа машина — двигателят е значително намален.