Електромашинні підсилювачі

Підсилювачем називають такий пристрій, в якому засобом сигналу малої потужності (вхідна величина) керують порівняно великою потужністю (вихідна величина). При цьому вихідна величина є функцією вхідного сигналу і посилення відбувається за рахунок енергії зовнішнього джерела.

В електромашинних підсилювачах вихідна (керована) електронна потужність створюється за рахунок механічної потужності приводного мотора.

Електромашинні підсилювачі (ЕМУ) представляють собою колекторних машину незмінного струму.

Залежно від методу збудження електромашинні підсилювачі поділяються на підсилювачі поздовжнього поля і підсилювачі поперечного поля.

До підсилювачів поздовжнього поля, в яких основний потік збудження орієнтований по поздовжній осі машини, відносяться:

1) незалежний електромашинний підсилювач,

2) Електромашинний підсилювач з самозбудженням,

3) двомашинні підсилювачі,

4) двухколлекторний електромашинний підсилювач,

5) дво- і триступінчаті електромашинні підсилювачі поздовжнього поля

До підсилювачів поперечного поля, в яких основний потік збудження орієнтований по поперечної осі машини, відносяться:

1) Електромашинні підсилювачі з діаметральним кроком обмотки якоря,

2) Електромашинні підсилювачі з полудіаметральним кроком обмотки якоря,

3) Електромашинні підсилювачі з розбитою магнітною системою.

Чим менше потужність управління електромашинного підсилювача, тим менше вага і габарити апаратури управління. Тому основною рисою є коефіцієнт посилення. Розрізняють коефіцієнти посилення по потужності, струму і напрузі.

Коефіцієнт посилення електромашинного підсилювача по потужності kp є відношення потужності на виході Рвих до потужності на вході Рвх при сталому режимі роботи:

kp = Pвих / Рвх

Коефіцієнт посилення по напрузі:

ku = U вих / Uвх

де U вих - напруга вихідний ланцюги-- напруга вхідного ланцюга.

Коефіцієнт посилення по струму ki - це відношення струму вихідного кола Iвих підсилювача до току вхідного ланцюга Iвх:

ki = Iвих / Iвх

Зі сказаного випливає, що електромашинні підсилювачі можуть мати досить високий коефіцієнт посилення за проектною потужністю (103 - 105). Не менш важливим для підсилювача є його швидкодія, що характеризується незмінними часу його ланцюгів.

Від електромашинного підсилювача прагнуть отримати великий коефіцієнт посилення за проектною потужністю і величезна швидкодія, т. Е. За здатністю найменші незмінні часу.

У системах автоматичного регулювання електромашинні підсилювачі використовуються як підсилювачі потужності і працюють в основному при перехідних режимах, в процесі яких виникають значні перевантаження по струму. Тому однією з вимог до електромашинні підсилювачі є відмінна перевантажувальна здатність.

До числа важливих вимог, що пред`являються до електромашинні підсилювачі, відносяться надійність в роботі і стабільність рис.

Електромашинні підсилювачі, що застосовуються на літаках і транспортних установках, повинні володіти найменшими габаритами і вагою.

В індустрії найбільшого поширення набули незалежний електромашинний підсилювач, електромашинний підсилювач з самозбудженням і електромашинний підсилювач поперечного поля з діаметральним кроком.

Коефіцієнт посилення по потужності незалежного ему не перевищує 100. З метою збільшення коефіцієнта посилення по потужності ему були зроблені електромашинні підсилювачі з самозбудженням.

Конструктивно ЕМУ з самозбудженням (ЕМУС) відрізняється від незалежного ему тільки тим, що на його полюсах збудження співвісно з обмотками управління розташовується обмотка самозбудження, що включається паралельно обмотці якоря або по черзі з нею.

Τаκіе підсилювачі використовуються головним чином для живлення обмотки збудження генератора в системі генератор-двигун і в даному випадку тривалість перехідного процесу визначається постійної часу генератора.

На відміну від незалежного ЕМУ і ЕМУ з самозбудженням (ЕМУС), в яких головним потоком збудження є поздовжній магнітний потік, спрямований уздовж полюсів збудження, в ЕМУ поперечного поля головним потоком збудження є поперечний потік реакції якоря.

Важливою статичної рисою ЕМУ поперечного поля є коефіцієнт посилення за проектною потужністю. Найвищий коефіцієнт посилення за проектною потужністю виходить за рахунок того, що ему поперечного поля є двоступінчастим підсилювачем. 1-ша щабель посилення: обмотка управління - короткозамкнутая ланцюг поперечних щіток. 2-а ступінь: короткозамкнутая ланцюг поперечних щіток - вихідна ланцюг поздовжніх щіток. Тому загальний коефіцієнт посилення за проектною потужністю kp = kp1kp2, де kp1-коефіцієнт посилення 1-й ступені- kp2- коефіцієнт посилення 2-го ступеня.

При використанні електромашинних підсилювачів в замкнутих системах автоматичного регулювання (стабілізатори, регулятори, що стежать) машина повинна бути кілька недокомпенсірована (к = 0,97 ÷ 0,99), тому що в разі перекомпенсації в системі під час роботи виникне невірне обурення за рахунок залишку м. д. с. компенсаційної обмотки, яке призведе до появи автоколивань системи.

Загальний коефіцієнт посилення за проектною потужністю ЕМУ поперечного поля пропорційний четвертого ступеня швидкості обертання якоря, магнітної провідності по поперечної і поздовжньої осях і знаходиться в залежності від співвідношення опорів обмоток машини і навантаження.

Звідси випливає, що підсилювач матиме тим більший коефіцієнт посилення за проектною потужністю, чим менше буде насичена його магнітна ланцюг і чим вище буде швидкість його обертання. Надзвичайно нарощувати швидкість обертання не можна, тому що починає дуже зростати дію комутаційних струмів. Тому при надмірному збільшенні швидкості за рахунок збільшення комутаційних струмів коефіцієнт посилення за проектною потужністю рости не буде, а може навіть знижуватися.

Застосування електромашинних підсилювачів

Електромашинні підсилювачі випускаються серійно і знайшли широке застосування в системах автоматичного регулювання та автоматичного електроприводу. У системах генератор - двигун генератор, а нерідко до того ж збудник, по суті представяют собою незалежні електромашинні підсилювачі, з`єднані і каскад. Найбільшого поширення набули електромашинні підсилювачі поперечного поля. Ці підсилювачі мають ряд плюсів, головними з яких є:

1) великий коефіцієнт посилення за проектною потужністю ,.

2) мала вхідна потужність,

3) достатню швидкодію, т. Е. Малі незмінні часу ланцюгів підсилювача. Час наростання напруги від нуля до номінального значення для промислових підсилювачів потужністю 1-5 кВт становить 0,05-0,1 сек,

4) достатні надійність, довговічність і широкі межі конфігурації потужності,

5) можливість зміни характеристик за рахунок конфігурації ступеня компенсації, що дозволяє отримувати потрібні зовнішні властивості.

До числа недоліків електромашинних підсилювачів слід віднести:

1) відносно великі габарити і вага в порівнянні з генераторами постійного струму тієї ж потужності, тому що для отримання величезних коефіцієнтів посилення застосовується ненасичена магнітна ланцюг,

2) наявність залишкового напруги за рахунок гістерезису. ЕРС, що наводиться в якорі потоком залишкового магнетизму, спотворює лінійну залежність вихідної напруги від вхідного сигналу в зоні малих сигналів і порушує однозначність залежності вихідних характеристик електромашинних підсилювачів від вхідних при зміні полярності вхідного сигналу, бо потік залишкового магнетизму при незмінній полярності сигналу буде нарощувати потік управління, а при зміні полярності сигналу - зменшувати потік управління.

Крім того, під дією залишкової ЕРС електромашинного підсилювача, що працює в режимі перекомпенсації, при малому опорі навантаження і нульовому вхідному сигналі може самозбуджуватися і втрачати маневреність. Це явище пояснюється некерованим підвищенням поздовжнього магнітного потоку машини, спочатку рівного потоку залишкового магнетизму, за рахунок подмагничивающего діяння компенсаційної обмотки.

Для нейтралізації шкідливого впливу потоку залишкового магнетизму в електромашинному підсилювачі виробляють розмагнічування змінним струмом, а самі електромашинні підсилювачі ставлять в автоматичні системи кілька недокомпенсірованнимі.

Необхідно підкреслити, що з впровадженням напівпровідникових перетворювачів застосування електромашинних підсилювачів в системі електроприводу електромашинний підсилювач (генератор) - движок істотно скорочується.