Схемы включения электромашинных усилителей

Электромашинный усилитель с поперечным полем в системе Г-Д

В схемах управления современными электроприводами все большее применение получают электромашинные усилители с поперечным и продольным полем.

Особенно часто в современных электроприводах подъемно-транспортных машин используются электромашинные усилители (ЭМУ) с поперечным полем (амп­лидины), представляющие собой специальные генераторы посто­янного тока с несколькими обмотками возбуждения и двумя ком­плектами щеток.

Схема ЭМУ с поперечным полем приведена на. рис. 58.

В па­зах якоря, набранном из отдельных, изолированных друг от дру­га листов высококачественной электротехнической стали, распо­лагается обычная петлевая или волновая обмотка, которая своими выводами подключается к пластинам коллектора.

По по­верхности коллектора при работе ЭМУ скользят поперечные Щ1 и продольные Щ2 щетки.

Первые соединены между собой нако­ротко, а вторые присоединяются к нагрузке, роль которой может выполнять электродвигатель, обмотка возбуждения генератора или электродвигателя, а в некоторых случаях и обмотка возбуж­дения возбудителя. Полюса амплидина набираются также из от­дельных листов электротехнической стали. На полюсах размеща­ют несколько обмоток возбуждения, чаще называемые в данном случае обмотками управления.

Принцип действия ЭМУ с поперечным полем состоит в сле­дующем. Если его якорь привести во вращение каким-либо по­сторонним двигателем и подать постоянный ток в обмотку управ­ления ОУ, то протекающий по этой обмотке ток I1 намагнитит по­люса и создаст продольный магнитный поток Ф1, пронизываю­щий якорь.

В обмотке якоря, вращающегося в поле этого потока, возникнет, как и в обычном генераторе, э.д. с. Е2, которую мож­но снять с поперечных щеток Щ1. Однако в усилителе эти щет­ки замкнуты накоротко. Поэтому по якорю протекает большой ток, создающий сильный поток реакции якоря Ф2. Под влиянием этого потока возникает э. д. с. Е3, которую снимают с продольных щеток Щ2.

Если подключить внешнюю нагрузку R непосредст­венно к щеткам Щ2, то Е3 создаст в цепи ток I3 во много раз больший, чем ток возбуждения I1, подаваемый на вход усилите­ля.

Ток I3, протекая по обмотке якоря, вызывает поток продоль­ной реакции якоря Ф3, направленный навстречу потоку Ф1 Что­бы избежать размагничивания машины, на полюсах размещают компенсационную обмотку КО, поток которой направлен навст­речу потоку Ф3 и нейтрализует его влияние.

Ценность усилителя с поперечным полем состоит в том, что он значительно усиливает мощность, поступающую на обмот­ку управления. Входная мощность Р1 = U1I1 сначала увеличива­ется до величины P2 = E2I2, а затем до величины Р3=U3I3, ко­торая и подается на нагрузку R.

Отношение выходной мощности Р3 к мощности на входе Р1 называется коэффициентом усиления. У современных ЭМУ с поперечным полем коэффициент усиления достигает величины порядка 10000 и может быть значительно выше, тогда как у обычных генераторов он составляет 20—30. Нетрудно по­нять, что это создает весьма благоприятные возможности в схе­мах управления электроприводами.

Действительно, применив ЭМУ с поперечным полем в системе Г—Д в качестве возбудителя генератора, можно, регулируя незначительный ток I1 в обмотке управления ОУ, изменять ео много раз больший ток I3, который будет протекать через обмотку возбуждения мощного генерато­ра. Это в конечном счете будет приводить к изменению скорости мощного исполнительного электродвигателя.

Данный способ регулирования скорости электродвигателя в системе Г—Д удобен тем, что процесс изменения скорости проте­кает здесь значительно быстрее, чем в системе Г—Д без электро­машинного усилителя, так как обмотки последнего обладают меньшей индуктивностью по сравнению с обычным возбудителем генератора, и, следовательно, электромагнитная инерционность системы с ЭМУ значительно меньше. В системе Г—Д с ЭМУ не­трудно осуществить также дистанционное управление, так как управляющие сигналы, подаваемые на вход ЭМУ, весьма малы, и источник постоянного тока с малогабаритным регулировочным реостатом можно вывести в любое место. При этом потери энергии на регулирование весьма незначительны.

Большим преимуществом ЭМУ является возможность широ­кого использования автоматики в процессах управления и защи­ты электропривода. Наличие нескольких, не связанных друг с другом управляющих обмоток позволяет включать их в различ­ные цепи управления и тем самым широко вводить автоматику в схему управления электроприводами.

Рассмотрим принципиальную схему так называемой квад­ратичной системы Г—Д с ЭМУ в качестве возбудителя генерато­ра (рис. 59). Усилитель У снабжен тремя обмотками управления, причем обмотка ОУ разбита на две секции, включенные так, что создают магнитные потоки, всегда направленные навстречу друг другу.

Следовательно, система работает вхолостую в том случае, если движок регулировочного реостата РР находится в среднем положении. Действительно, если приводной двигатель ПД приведен во вращение, но токи в обмотках ОУ1 и ОУ2 одинаковы, то ЭМУ возбужден не будет, соответственно возбуждаться не будет генератор Г и исполнительный двигатель ИД ра­ботать не будет.

Однако достаточно сдвинуть движок реостата с нейтрального положения, как ток в одной из обмоток управле­ния усилителя, а во второй уменьшится. Это приведет к появле­нию тока в обмотке возбуждения генератора и исполнительный двигатель придет во вращение.

Усиливая или уменьшая ток в той или другой обмотке управления с помощью реостата РР, можно производить таким образом пуск исполнительного электродвигателя, регулирование его скорости, реверс и остановку.

Обмотка ОН, называемая обратной связью по напряжению, подключена через добавочное сопротивление Rд к щеткам гене­ратора Г. Она служит для ускорения процессов разгона и тор­можения исполнительного двигателя ИД. Магнитный поток, соз­даваемый обмоткой ОН, всегда направлен навстречу потоку ра­ботающей обмотки управления ОУ1 или ОУ2.

Следовательно, в установившемся режиме работы исполнительного электродвига­теля на усилитель действует разность большего потока управля­ющей обмотки и меньшего потока обмотки напряжения.

При разгоне электродвигателя величина потока управляющей обмот­ки такая же, как и в установившемся режиме, а поток обмотки напряжения возрастает постепенно по мере увеличения напряже­ния на щетках генератора, которое не может подняться мгновен­но до номинального значения вследствие электромагнитной инерции, обусловленной большой индуктивностью обмоток возбуж­дения системы.

Поэтому при пуске электропривода напряжение усилителя оказывается больше, чем в установившемся режиме. В результате очень быстро увеличивается напряжение генерато­ра, что приводит к ускоренному пуску исполнительного электро­двигателя.

Во время торможения обмотка ОН способствует быстрому размагничиванию усилителя, так как в этом случае ее поток спа­дает медленнее потока управляющей обмотки.

Токовая обмотка ТО обеспечивает обратную связь по току. Она подключена к шунту Rш в цепи главного тока, т. е. созда­ваемый ею магнитный поток пропорционален току главной цепи системы. Обмотка ТО всегда размещается на полю­сах усилителя так, что ее маг­нитный поток направлен на­встречу потоку работающей обмотки управления.

При нор­мальных токах главной цепи размагничивающее действие токовой обмотки обычно неве­лико.

Если же произойдет пе­регрузка перегрузка исполнительного электродвигателя и ток в главной цепи начнет возрастать, магнитный поток обмотки ТО уве­личивается, в результате чего усилитель размагничивается и соответственно снижается ток в главной цепи.

К настоящему времени разработано большое количество схем с ЭМУ.

В электроприводах подъемно-транспортных машин особенно широко используются схемы, позволяющие получить весьма жесткие механические характеристики, а также схемы, позволяющие получить так называемую экскаваторную механи­ческую характеристику (рис.

60), при работе на которой скорость электропривода по мере увеличения нагрузки до определенного предела уменьшается мало, а затем резко снижается до нуля, т. е. экскаваторная характеристика обеспечивает ограничение тока и момента исполнительного электродвигателя определен­ными значениями.

В некоторых схемах электромашинные усилители использу­ются непосредственно для питания исполнительных электродви­гателей. Обычно эти схемы используются в электроприводах сравнительно небольшой мощности, которые по условиям эксплуатации должны иметь жесткие механические характери­стики, позволяющие регулировать скорость в больших пределах.

Источник: http://vdvizhke.ru/jelektrodvigateli/sistemy-jelektroprivoda/jelektromashinnyj-usilitel-s-poperechnym-polem-v-sisteme-g-d.html

Принцип работы электромашинного усилителя

В САР часто необходимо сигналами малой мощности управлять мощными приводными устройствами. Для усиления электрических сигналов малой мощности в электромеханических системах часто применяют ЭМУ.

В РЛС ЭМУ применяют для управления электродвигателями постоянного тока большой мощности (до десятков и сотен киловатт). ЭМУ представляет собой двухполюсный генератор постоянного тока с посторонним возбуждением.

Входом усилителя является обмотка возбуждения, а выходом – обмотка якоря.

Сущность усиления мощности ЭМУ состоит в том, что при всяком изменении величины и направления тока в цепи возбуждения будет происходить такое же по характеру изменение тока в цепи якоря. При этом выделяемая мощность в 100 ÷ 10000 раз больше той мощности, которая затрачивается на управление в цепи возбуждения.

Усиление сигнала по мощности происходит за счет механической энергии приводного двигателя, вращающего якорь генератора, то есть происходит преобразование энергии вращения электродвигателя в электрическую энергию на выходном валу ЭМУ.

ЭМУ большой мощности приводится во вращение отдельным двигателем.

Коэффициентом усиления ЭМУ по мощности называется отношение мощности на выходе ЭМУ к мощности, подводимой к обмотке возбуждения (управления)

кр = Рвых / Рвх.

Электромашинный усилитель состоит из генератора постоянного тока с несколькими обмотками возбуждения и вспомогательного двигателя, предназначенного для вращения якоря генератора с постоянной скоростью.

ЭМУ бывает:

– с независимым возбуждением;

– со смешанным возбуждением;

– с поперечным полем.

ЭМУ с независимым возбуждением

Изменением величины тока I в обмотке управления (ОУ) можно регулировать величину тока , проходящего через нагрузку рис. 5, а.Для повышения коэффициента усиления ЭМУ магнитную цепь генератора выполняют из материалов с высокой магнитной проницаемостью μ, а величину воздушного зазора берут минимальной

кр = 20 ÷ 25

ЭМУ со смешанным возбуждением

Схема ЭМУ со смешанным возбуждением представлена на рис. 5, б. Обмотка О1 параллельна обмотке возбуждения. Магнитный поток, создаваемый обмоткой О1 недостаточен для самовозбуждения

кн = Uвых /Uвх = ∞

Однако такой коэффициент получить нельзя из-за явления магнитного насыщения материала полюсов

кн = 500 ÷ 1000

ЭМУ с поперечным полем

Наиболее совершенным типом ЭМУ является ЭМУ с поперечным полем. Он представляет собой генератор постоянного тока, в котором используется поток реакции якоря в качестве рабочего потока возбуждения.

Якорь генератора приводится во вращение специальным двигателем. Одна пара щеток генератора А1 и А2 расположена на поперечной оси, как у обычного генератора, а другая пара Б1 и Б2 – на продольной оси.

Щетки А1 и А2 соединены накоротко и образуют вместе с частью обмотки якоря генератора замкнутый контур (рис. 6).

Ток Iу создает поток Фу, направленный по продольной оси. В якоре, вращающемся в потоке Фу, возникает ЭДС, которая снимается к.з. щетками А1 и А2. Ток Iк создает поток Фк, направленный по поперечной оси. Величина этого потока зависит от величины Фу, угловой скорости якоря и сопротивления к.з. контура.

В якоре ЭМУ, вращающемся в потоке Фк, возникает новая ЭДС, которая снимается щетками Б1 и Б2, расположенными на продольной оси ЭМУ.

Возникающий от тока нагрузки Iя поток реакции якоря Фя направлен по продольной оси ЭМУ навстречу Фу.

Для того, чтобы устранить влияние реакции якоря, служит компенсационная обмотка (КО), поток Фо, который направлен навстречу потоку Фя и сводит его значение до нуля. Величина потока Фо регулируется реостатом R0 .

1-й каскад усиления Ку1 = 100

2-й каскад усиления Ку2 = 100.

Ку = Ку1 Ку2 = 100 · 100 = 10 000.

Четвертый учебный вопрос

Источник: https://cyberpedia.su/1x46da.html

Электромашинные усилители

Современными производственными системами предъявляются довольно жесткие требования к электроприводам в части строгого обеспечения необходимых режимов работы (ускорение, скорость, плавность хода, нужный закон изменения скорости и другое). Выполнение данных условий рабочей машины возможно только при наличии системы непрерывного управления.

Особенностью данных систем является постоянное сравнение регулируемой величины с ее заданным значением и использование полученной разницы для усиления (ослабления) данной величины к требуемому значению. Обязательным элементом большинства этих систем являются различного рода усилители.

Усилитель – это устройство, которое способно с помощью малого импульса управлять поступлением энергии из мощного постороннего источника.

Читайте также:  Источники эдс и тока: основные характеристики и отличия

Примером такого усилителя может послужить контактор, который при подаче относительного небольшой мощности на катушку управления замыкает контакты и подает питание на значительно более мощный электроприемник.

Аналогично небольшое усиление, приложенное к золотнику, регулирующему подвод жидкости под давлением к цилиндру гидравлического пресса или какого-нибудь другого механизма, управляет во много раз большим усилием, развиваемым рабочим поршнем.

Буквально несколько десятилетий назад у инженеров не было такого огромного выбора электронных усилителей и регуляторов, поэтому основными элементами систем автоматического регулирования были электромеханические элементы, например, электрический генератор, который также является усилителем. Генератор превращает механическую энергию приводного электродвигателя в электрическую. Изменение энергии, подводимой к цепи возбуждения генератора, дает возможность воздействовать на величину энергии, отдаваемой приемнику:

В любом усилителе, независимо от его природы, различают место приложения управляющего воздействия – вход (обмотка управления контактора или реле, обмотка возбуждения электродвигателя, золотник гидропривода) и поток управляемой энергии – выход усилителя.

Главной характеристикой усилителя является коэффициент усиления, представляющий собой отношение управляемой величины на выходе к значению управляющего импульса в установившемся режиме на входе:

Преобладающее большинство усилительных звеньев обладает инерционностью. В переходном режиме при заданном характере изменения входной функции значение выходной функции будет определяться математической связью, зависящей от ряда инерционных постоянных. Связь между выходной и входной функциями в переходном режиме называют передаточной функцией:

Рассмотрим генератор постоянного тока как усилитель. В нем существует два вида коэффициента усиления: по напряжению и по мощности.

В данном случае коэффициент усиления по мощности представляет собой отношение мощности, отдаваемой нагрузке, к мощности, потребляемой цепью возбуждения, то есть:

Выразим ток нагрузки через ЭДС генератора:

И подставим в выражение коэффициента усиления:

При работе с ненасыщенной магнитной системой:

После подстановки ЭДС выражение коэффициента усиления примет вид:

с – коэффициент пропорциональности между током возбуждения и ЭДС генератора, определяемый параметрами обмоток возбуждения, якоря и скоростью вращения:

Выражение (4) показывает, что коэффициент усиления генератора по мощности является функцией величины сопротивления обмотки якоря и сопротивления цепи нагрузки.

Основная формула (1) показывает, что коэффициент усиления обратно пропорционален мощности, затрачиваемой на возбуждение генератора. От 5% до 1% мощности затрачивается на возбуждение, в зависимости от габаритов электродвигателя. Отсюда следует, что коэффициент усиления по мощности может быть равен kp = 20 – 100.

Найдем значение rн, соответствующее максимуму коэффициента усиления по мощности. Для этого необходимо взять производную коэффициента усиления (4) по сопротивлению нагрузки rн и приравнять ее нулю:

Максимальное значение коэффициента усиления по мощности будет равно:

Стоит отметить, что практически получить максимальное значение коэффициента усиления по мощности не представляется возможным, так как по условиям экономичности приходится брать rн>>rя.

Соответственно коэффициент усиления генератора по напряжению представляет собой отношение напряжения на выходе генератора к отношению напряжения на входе, что описано формулой:

Выразим данное значение напряжения на зажимах генератора через его ЭДС:

Для ненасыщенного электродвигателя заменим E = ciв и получим:

Из формулы (10) видно, что коэффициент усиления по напряжению kU будет тем больше, чем больше величина сопротивления нагрузки rн. При прочих равных условиях kU будет наибольшим при:

А последнее будет иметь место при rн>>rя. Стоит отметить, что условия получения максимума kp и kU в электромашинных усилителях те же, что и в электронных приборах.

В электронных усилителях максимум коэффициента усиления по мощности имеет место при равенстве внутреннего сопротивления электронной лампы и сопротивления анодной цепи.

Наибольшее значение коэффициента усиления по напряжению получают при наибольшем значении сопротивления анодной цепи.

Для систем управления электроприводами более существенным является коэффициент усиления по мощности.

Обычные генераторы постоянного тока с независимым возбуждением вследствие незначительной величины коэффициента усиления по мощности находят очень ограниченное применение в качестве электромашинных усилителей.

Наиболее широко распространены были следующие типы усилителей:

  1. Электромашинный усилитель с поперечным полем;
  2. Электромашинный усилитель с самовозбуждением;
  3. Многообмоточный регулирующий возбудитель;

Источник: http://elenergi.ru/elektromashinnye-usiliteli.html

Электромашинный усилитель – это… Что такое Электромашинный усилитель?

  • электромашинный усилитель — Электромашинный генератор с электромагнитным возбуждением, у которого в широком диапазоне нагрузок выходная мощность пропорциональна мощности цепи обмотки независимого возбуждения, предназначенный для усиления электрических сигналов. [ГОСТ 27471… …   Справочник технического переводчика
  • ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ — (ЭМУ) электрическая машина (обычно генератор постоянного тока) для усиления мощности подаваемого на обмотку возбуждения сигнала за счет энергии первичного двигателя. Небольшое изменение мощности в цепи возбуждения (доли Вт) вызывает значительное… …   Большой Энциклопедический словарь
  • ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ — (ЭМУ), электрическая машина (обычно генератор постоянного тока) для усиления мощности подаваемого на обмотку возбуждения сигнала за счет энергии первичного двигателя. Небольшое изменение мощности в цепи возбуждения (доли Вт) вызывает значительное …   Энциклопедический словарь
  • ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ — (ЭМУ) система электрических машин, расположенных на одном валу (обычно генератор постоянного тока и первичный двигатель), используемая в качестве усилителя мощности (до 10000), при автоматическом регулировании процессов, а также в следящих… …   Большая политехническая энциклопедия
  • ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ — (ЭМУ) электрич. машина (обычно генератор пост. тока) для усиления мощности сигнала, подаваемого на обмотку (обмотки) возбуждения, за счёт энергии первичного двигателя (обычно электродвигателя). Различают ЭМУ с одной ступенью усиления (ЭМУ… …   Большой энциклопедический политехнический словарь
  • электромашинный усилитель — Генератор постоянного тока, предназначенный для усиления по мощности сигналов, подаваемых на его управляющую обмотку …   Политехнический терминологический толковый словарь
  • электромашинный усилитель продольного поля — Электромашинный усилитель с одной ступенью усиления, имеющий обмотку самовозбуждения, сопротивление цепи которой настраивается на критическое значение …   Политехнический терминологический толковый словарь
  • электромашинный усилитель (с поперечным полем) — амплидин — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы амплидин EN amplidyneamplidyne generator …   Справочник технического переводчика
  • электромашинный усилитель с поперечным полем — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN cross field control amplifier …   Справочник технического переводчика
  • электромашинный усилитель с продольным полем — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN direct field control amplifier …   Справочник технического переводчика

Источник: https://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/153580/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%88%D0%B8%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9

Электромашинные усилители

Усилителем именуют такое устройство, в каком средством сигнала малой мощности (входная величина) управляют сравнимо большой мощностью (выходная величина). При всем этом выходная величина является функцией входного сигнала и усиление происходит за счет энергии наружного источника.

В электромашинных усилителях выходная (управляемая) электронная мощность создается за счет механической мощности приводного мотора.

Электромашинные усилители (ЭМУ) представляют собой коллекторную машину неизменного тока.

Зависимо от метода возбуждения электромашинные усилители разделяются на усилители продольного поля и усилители поперечного поля.

К усилителям продольного поля, в каких основной поток возбуждения ориентирован по продольной оси машины, относятся:

1) независящий электромашинный усилитель,

2) Электромашинный усилитель с самовозбуждением,

3) двухмашинные усилители,

4) двухколлекторный электромашинный усилитель,

5)двух- и трехступенчатые электромашинные усилители продольного поля

К усилителям поперечного поля, в каких основной поток возбуждения ориентирован по поперечной оси машины, относятся:

1 ) Электромашинные усилители с диаметральным шагом обмотки якоря,

2) Электромашинные усилители с полудиаметральным шагом обмотки якоря,

3) Электромашинные усилители с разбитой магнитной системой.

Чем меньше мощность управления электромашинного усилителя, тем меньше вес и габариты аппаратуры управления. Потому основной чертой является коэффициент усиления. Различают коэффициенты усиления по мощности, току и напряжению.

Коэффициент усиления электромашинного усилителя по мощности kp есть отношение мощности на выходе Рвых к мощности на входе Рвх при установившемся режиме работы:

kp = Pвых / Рвх

Коэффициент усиления по напряжению:

ku = Uвых / Uвх

где Uвых — напряжение выходной цепи; — напряжение входной цепи.

Коэффициент усиления по току ki — это отношение тока выходной цепи Iвых усилителя к току входной цепи Iвх:

ki = Iвых / Iвх

Из произнесенного следует, что электромашинные усилители могут иметь довольно высочайший коэффициент усиления по мощности (103 — 105). Более принципиальным для усилителя является его быстродействие, характеризуемое неизменными времени его цепей.

От электромашинного усилителя стремятся получить большой коэффициент усиления по мощности и огромное быстродействие, т. е. по способности наименьшие неизменные времени.

В системах автоматического регулирования электромашинные усилители используются в качестве усилителей мощности и работают в главном при переходных режимах, в процессе которых появляются значимые перегрузки по току. Потому одним из требований к электромашинному усилителю является отменная перегрузочная способность.

К числу важных требований, предъявляемых к электромашинному усилителю, относятся надежность в работе и стабильность черт.

Электромашинные усилители, применяемые на самолетах и транспортных установках, должны владеть наименьшими габаритами и весом.

В индустрии наибольшее распространение получили независящий электромашинный усилитель, электромашинный усилитель с самовозбуждением и электромашинный усилитель поперечного поля с диаметральным шагом.

Коэффициент усиления по мощности независящего ЭМУ не превосходит 100. С целью увеличения коэффициента усиления по мощности ЭМУ были сделаны электромашинные усилители с самовозбуждением.

Конструктивно ЭМУ с самовозбуждением (ЭМУС) отличается от независящего ЭМУ только тем, что на его полюсах возбуждения соосно с обмотками управления располагается обмотка самовозбуждения, включаемая параллельно обмотке якоря либо поочередно с ней.

Τаκие усилители используются приемущественно для питания обмотки возбуждения генератора в системе генератор—движок и в данном случае продолжительность переходного процесса определяется неизменной времени генератора.

В отличие от независящего ЭМУ и ЭМУ с самовозбуждением (ЭМУС), в каких главным потоком возбуждения является продольный магнитный поток, направленный повдоль полюсов возбуждения, в ЭМУ поперечного поля главным потоком возбуждения является поперечный поток реакции якоря.

Важной статической чертой ЭМУ поперечного поля является коэффициент усиления по мощности. Высочайший коэффициент усиления по мощности выходит за счет того, что ЭМУ поперечного поля является двухступенчатым усилителем.

1-ая ступень усиления: обмотка управления — короткозамкнутая цепь поперечных щеток. 2-ая ступень: короткозамкнутая цепь поперечных щеток — выходная цепь продольных щеток.

Потому общий коэффициент усиления по мощности kp = kp1kp2, где kp1—коэффициент усиления 1-й ступени; kp2— коэффициент усиления 2-й ступени.

При использовании электромашинных усилителей в замкнутых системах автоматического регулирования (стабилизаторы, регуляторы, следящие системы) машина должна быть несколько недокомпенсирована (к=0,97÷0,99), потому что в случае перекомпенсации в системе во время работы возникнет неверное возмущение за счет остатка м. д. с. компенсационной обмотки, которое приведет к появлению автоколебаний системы.

Общий коэффициент усиления по мощности ЭМУ поперечного поля пропорционален четвертой степени скорости вращения якоря, магнитным проводимостям по поперечной и продольной осям и находится в зависимости от соотношения сопротивлений обмоток машины и нагрузки.

Отсюда следует, что усилитель будет иметь тем больший коэффициент усиления по мощности, чем меньше будет насыщена его магнитная цепь и чем выше будет скорость его вращения.

Чрезвычайно наращивать скорость вращения нельзя, потому что начинает очень возрастать действие коммутационных токов.

Потому при лишнем увеличении скорости за счет увеличения коммутационных токов коэффициент усиления по мощности расти не будет, а может даже понижаться.

Применение электромашинных усилителей

Электромашинные усилители выпускаются серийно и отыскали обширное применение в системах автоматического регулирования и автоматического электропривода.

В системах генератор — движок генератор, а нередко к тому же возбудитель, по существу представяют собой независящие электромашинные усилители, соединенные и каскад.

Наибольшее распространение получили электромашинные усилители поперечного поля. Эти усилители владеют рядом плюсов, главными из которых являются:

Читайте также:  Классификация и основные параметры измерительных органов задающих и программных устройств

1) большой коэффициент усиления по мощности,.

2) малая входная мощность,

3) достаточное быстродействие, т. е. малые неизменные времени цепей усилителя. Время нарастания напряжения от нуля до номинального значения для промышленных усилителей мощностью 1-5 кВт составляет 0,05—0,1 сек,

4) достаточные надежность, долговечность и широкие пределы конфигурации мощности,

5) возможность конфигурации черт за счет конфигурации степени компенсации, позволяющая получать нужные наружные свойства.

К числу недочетов электромашинных усилителей следует отнести:

1) относительно огромные габариты и вес по сопоставлению с генераторами неизменного тока той же мощности, потому что для получения огромных коэффициентов усиления применяется ненасыщенная магнитная цепь,

2) наличие остаточного напряжения за счет гистерезиса.

ЭДС, наводимая в якоре потоком остаточного магнетизма, искажает линейную зависимость выходного напряжения от входного сигнала в зоне малых сигналов и нарушает однозначность зависимости выходных характеристик электромашинных усилителей от входных при изменении полярности входного сигнала, ибо поток остаточного магнетизма при неизменной полярности сигнала будет наращивать поток управления, а при изменении полярности сигнала — уменьшать поток управления.

Не считая того, под действием остаточной ЭДС электромашинного усилителя, работающего в режиме перекомпенсации, при малом сопротивлении нагрузки и нулевом входном сигнале может самовозбуждаться и терять маневренность. Это явление разъясняется неуправляемым повышением продольного магнитного потока машины, сначало равного сгустку остаточного магнетизма, за счет подмагничивающего деяния компенсационной обмотки.

Для нейтрализации вредного деяния потока остаточного магнетизма в электромашинном усилителе производят размагничивание переменным током, а сами электромашинные усилители ставят в автоматические системы несколько недокомпенсированными.

Необходимо подчеркнуть, что с внедрением полупроводниковых преобразователей применение электромашинных усилителей в системе электропривода электромашинный усилитель (генератор) — движок существенно сокращается.

Источник: http://elektrica.info/e-lektromashinny-e-usiliteli/

Электромашинный усилитель — амплидин

Амплидин применяется в сервомеханизмах и в промышлен­ных электронных установках для усиления относительно слабой электрической энергии, подводимой к его обмоткам. По своим характеристикам усиления мощности амплидин, или электрома­шинный усилитель, значительно превосходит обычные генера­торы.

Генератор постоянного тока можно рассматривать как уси­лительное устройство, так как небольшие изменения тока воз­буждения вызывают значительно большие изменения выходного тока.

Коэффициент усиления амплидина существенно превышает усиление, которое можно получить в случае, когда энергия с одного генератора подается в обмотку возбуждения второго, более мощного генератора с целью усиления.

Если сравнить обычный генератор с амплидином, то коэффициент усиления по мощности амплидина может иметь значения 25000 — 50000, в то время как усиление обычного генератора постоянного тока находится в пределах примерно 25 — 100.

Таким образом, мощность подводимая к обмотке возбуждения амплидина, может составлять всего несколько ватт, а выходная мощность при этом .равна более 20000 Вт.

Схема амплидина изображена на рис. 13.13. Верхняя и ниж­няя щетки замкнуты накоротко, как показано на рисунке, что обеспечивает протекание больших токов в этой цепи. Следова­тельно если до замыкания щеток выходной ток был равен 100 А при токе возбуждения ~4 А, то при короткозамкнутых щетках ток возбуждения, равный -0,2 А, будет достаточен для получения той же величины тока 100 А.

Рис. 13.13. Схема амплидина.

Ток короткого замыкания якоря создает сильное поперечное поле- этот эффект называется реакцией якоря. При вращении якоря его обмотки .пересекают это поле, и в них индуцируется напряжение, сдвинутое по отношению к полю возбуждения на 90°. Поэтому для получения максимальной мощности в нагруз­ке используются дополнительные щетки, сдвинутые по отноше­нию к первым на 90°.

Магнитное поле, обусловленное реакцией якоря, и поле, ко­торое ее вызывает, сдвинуты по фазе на 90°.

Управляющее маг­нитное поле и поле реакции нагрузки отличаются по фазе на 180° Такой фазовый сдвиг вызывает эффект компенсации, ко­торый приводит к уменьшению выходной мощности, а его дейст­вие можно сравнить с действием обратной связи в усилителях.

Эффект компенсации можно минимизировать путем введения специальной компенсирующей обмотки L2. Компенсирующая об­мотка обычно располагается на отдельном полюсе и имеет число витков, которое должно обеспечивать компенсацию магнитного поля, обусловленного нагрузкой.

Так как поле возбуждения амплидина можно изменять, это устройство можно использовать для управления скоростью вра­щения двигателей постоянного тока.

Кроме того, амплидин можно применять в качестве возбудителя для другого генера­тора с целью регулирования последнего.

Так как для возбуж­дения амплидина требуется небольшая мощность, то проблемы стабилизации напряжения амплидина, как правило, не возни­кает. По этой причине амплидин можно использовать для регу­лирования напряжения мощных генераторов.

Источник: http://nauchebe.net/2010/04/elektromashinnyj-usilitel-amplidin/

Электрические схемы

Магнитный усилитель коммутирует электрическую цепь тока изменением в широких пределах своего индуктивного электрического сопротивления, величина которого зависит от степени насыщения магнитопровода.

Магнитные усилители нашли широкое применение в электроприводах металлорежущих станков из-за их надежности и большого срока службы (он считается одним из самых надежных элементов систем автоматики),  отсутствия подвижных частей, возможности исполнения магнитных усилителей мощностью от долей ватта до сотен киловатт, большой прочности и стойкости по отношению к вибрациям и ударной нагрузке. Кроме этого у благодаря магнитным усилителям можно легко осуществить суммирование сигналов. Они имеют большой коэффициент усиления. В магнитных усилителях отсутствует электрическая связь между входными и выходными цепями.

Принцип действия магнитного усилителя основан на использовании нелинейности кривой намагничивания ферромагнитного материала.

При намагничивании постоянным током сердечник усилителя насыщается и индуктивность рабочих обмоток переменного тока усилителя уменьшается. Рабочие обмотки обычно включаются последовательно с нагрузкой.

Поэтому напряжение, которое до насыщения сердечника было приложено к рабочим обмоткам усилителя в момент насыщения, прикладывается к нагрузке.

Ток нагрузки регулируют изменением тока в обмотке подмагничивания магнитного усилителя.

Обмотка смещения служит для создания начального подмагничивания, необходимого для того чтобы ток в нагрузке изменялся различным образом в зависимости от знака полярности сигнала управления, а также для выбора точки на прямолинейном участке характеристики. Обмотка обратной связи предназначена для получения требуемой формы выходных характеристик.

Конструктивно магнитный усилитель представляет собой сердечник из листового ферромагнитного материала, на который намотаны обмотки переменного и постоянного тока. Для устранения наводок э. д. с. переменного тока цепи обмоток постоянного тока обмотки переменного ока намотаны отдельно на сердечниках, а обмотки постоянного тока охватывают оба сердечника.

Схема простейшего магнитного усилителя

Магнитный усилитель может иметь несколько обмоток управления. В этом случае в рабочем режиме ток в нагрузке будет определяться суммарным током управления. То есть он может быть использован как сумматор электрических сигналов не связанных между собой (суммируются постоянные сигналы).

Магнитные усилители могут быть как нереверсивные, так и реверсивные. В нереверсивных магнитных усилителях изменение полярности сигнала управления не вызывает изменения фазы и знака тока нагрузки.

Сердечники магнитных усилителей изготовляют как из трансформаторной стали, так и из пермаллоя, причем трансформаторную сталь применяют при мощности магнитного усилителя, большей 1 Вт. Величина магнитной индукции в сердечнике из трансформаторной стали достигает 0,8 – 1,0 Т. Коэффициент усиления таких магнитных усилителей составляет от 10 до 1000.

Пермаллой применяют в магнитных усилителях, мощность которых меньше 1 В. Прямоугольный характер петли гистерезиса для пермаллоя позволяет получить коэффициент усиления от 1000 до 10 000 и выше.

Сердечник магнитного усилителя шихтуют из отдельных пластин, как сердечники дросселей или трансформаторов. Широкое распространение получили магнитные усилители на тороидальных сердечниках, которые, несмотря на технологические трудности их изготовления, обладают целым рядом преимуществ и первое из них – отсутствие воздушных зазоров, что улучшает характеристики магнитного усилителя.

Широко распространены следующие схемы магнитных усилителей: однотактные и двухтактные, реверсивные и нереверсивные, однофазные и многофазные.

В металлорежущих (и не только металлорежущих) станках можно встретить очень большое разнообразие  конструкций магнитных усилителей: однофазные серии УМ-1П, трехфазные серии УМ-ЗП, собранные на шести П-образных сердечниках из стали марки Э310, однофазные серии ТУМ на тороидальном сердечнике, блоки магнитных усилителей серии БД, содержащие, кроме магнитных усилителей, понижающие трансформаторы, диоды и резисторы, собранные на одной панели. Системы электропривода могут быть построены на любых усилителях из этих серий.

Обмоточная схема магнитного усилителя УМ-1П

Кроме этого часто на различных станках применяются комплектные приводы с магнитными усилителями и двигателями постоянного тока, например очень распространенный привод с магнитными усилителями ПМУ.

Но об этом мы обязательно поговорим следующий раз.

Кроме этого, в следующем посте остановимся на методах наладки магнитных усилителей, затронем и ряд других вопросов, интересных всем кто постоянно сталкивается или собирается в будущем столкнуться в работе с магнитными усилителями. 

Комплектные электроприводы с магнитными усилителями

Несмотря на то, что в  современном электроприводе с успехом используются статические преобразователи (тиристоры,  силовые транзисторы, IGBT-модули), на наших промышленных предприятиях все еще очень часто можно встретить электродвигатели и генераторы постоянного тока, работающие в комплекте с магнитными усилителями. 

Магнитные усилители самое широкое распространение получили в промышленном оборудовании еще в 50-х годах.

В целом, в эпоху дополупроводниковой техники существовала следующая тенденция – асинхронный и синхронный (для больших мощностей) привод применялся в нерегулируемом электроприводе и привод постоянного тока с электромашинным или статическим (тиритронный или ртутный выпрямители, магнитный усилитель) для регулируемого. 

В настоящее время наиболее часто можно на отечественных предприятиях в схемах электрооборудования станков, машин и установок можно встретить комплектные электроприводы постоянного тока с магнитными усилителями серии ПМУ.

ПМУ – привод с магнитными усилителями и селеновыми выпрямителями. Диапазон регулирования скорости двигателя 10:1. Регулирование производится изменением напряжения на якоре вниз от номинальной частоты вращения двигателя. Система регулирования автоматическая с обратной связью по э. д с.

двигателя, без тахогенератора и промежуточного усилителя. Мощность привода от 0,1 до 2 кВт. Привод предназначен для выпрямленное напряжение на выходе моста составляет от 340 до 380 В.

Для получения достаточно жестких характеристик привода в схему введены отрицательные обратные связи по току и напряжению.

Каждый привод серии ПМУ представляет собой комплект, состоящий из блока питания, выпрямителей, магнитных усилителей, двигателя постоянного тока и задатчика скорости.

Привод работает следующим образом. Напряжение, подводимое к двигателю, автоматически следует за сигналом, зависящим от изменения его частоты вращения. При снижении частоты вращения двигателя напряжение возрастает и наоборот: напряжение поддерживает с заданной точностью величину частоты вращения независимо от изменения нагрузки и других возмущающих факторов.

Влияние различных возмущающих факторов на частоту вращения компенсирует реактивное сопротивление рабочей обмотки магнитного усилителя: при возрастании нагрузки ток в цепи якоря увеличивается, что вызывает уменьшение сопротивления рабочей обмотки магнитного усилителя.

Вследствие снижения сопротивления рабочей обмотки напряжение на якоре двигателя возрастает, ток в обмотках увеличивается, что еще больше уменьшает полное сопротивление рабочих обмоток усилителя. В результате суммарного снижения сопротивления рабочей обмотки напряжение на якоре двигателя возрастает, что компенсирует снижение частоты вращения двигателя.

Необходимая частота вращения двигателя устанавливается с помощью задатчика Р и резисторов R1 – R4.

ПМУ-М аналогична серии ПМУ, но магнитные усилители собраны на П-образных сердечниках. Мощность привода ПМУ-М от 0,1 до 7 кВт.

Привод ПМУ-М

В приводах серии ПМУ-М  применена система автоматического регулирования частоты вращения с обратными связями по напряжению и току якоря двигателя. Магнитный усилитель имеет две группы обмоток управления.

По одной из них протекает ток управления, являющийся алгебраической суммой тока задатчика и токов обратных связей, другая (обмотка смещения) – служит для выбора рабочей точки на прямолинейном участке характеристики магнитного усилителя.

Для защиты от недопустимо больших значений тока якоря приводы ПМУ-М габаритов с 8 по 11 снабжены узлом ограничения тока.

При превышении током якоря допустимых значений срабатывает реле максимального тока, его размыкающий контакт размыкается и обрывает цепь питания обмотки управления.

Так как обмотка смещения остается замкнутой, то магнитный усилитель запирается и ток якоря снижается. Действие схемы привода ПМУ-М аналогично действию схемы привода ПМУ.

ПМУ-П — приводы повышенной точности и расширенного диапазона регулирования 100 : 1. Система регулирования автоматическая с обратной связью по частоте вращения, которая осуществляется с помощью тахогенератора и промежуточного полупроводникового усилителя. Частота вращения двигателя регулируется изменением напряжения на якоре.

Читайте также:  Общие принципы построения защит электрооборудования и электрических сетей

Кстати, магнитные усилители могут быть также использованы для регулирования напряжения на зажимах асинхронного двигателя, а также в качестве бесконтактных пускателей.

Источник: http://www.electromontag-pro.ru/blog/magnitnye_usiliteli_v_metalloobrabatyvajushhikh_stankakh/2013-09-14-84

Реферат – Электромашинные усилители. Электромашинные усилители

ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ УСИЛИТЕЛИ
1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯУсилителем называют такое устройство, в котором по­средством сигнала малой мощности (входная величина) управляют сравнительно большой мощностью (выходная величина). При этом выходная величина является функцией входного сигнала и усиле­ние происходит за счет энергии внешнего источника.

По виду управляемой энергии усилители можно разделить на электрические, пневматические, гидрав­лические, механические.

Электрические усилители в свою очередь подразделяются на электронные, тиратронные, транзисторные, магнитные, сег-нетоэлектрические и электромашинные. Первые пять являются статическими, а электромашинные — вращающимися усилителями.

В электромашинных усилителях выходная (управляемая) элек­трическая мощность создается за счет механической мощности при­водного двигателя.Электромашинные усилители (ЭМУ) представляют собой кол­лекторную машину постоянного тока.

В зависимости от способа возбуждения электромашинные уси­лители подразделяются на усилители продольного поля и усили­тели поперечного поля.

К усилителям продольного поля, в которых основной поток воз­буждения направлен по продольной оси машины, относятся:

  1. независимый ЭМУ,
  2. ЭМУ с самовозбуждением,
  3. двухмашинные усилители,
  4. двухколлекторный ЭМУ,

5)двух- и трехступенчатые ЭМУ продольного поля

К усилителям поперечного поля, в которых основной поток воз­буждения направлен по поперечной оси машины, относятся:

1 )ЭМУ с диаметральным шагом обмотки якоря,

2) ЭМУ с полудиаметральным шагом обмотки якоря,3) ЭМУ с разделенной магнитной системой.

Чем меньше мощность управления электромашинного усилителя, тем меньше вес и габариты аппаратуры управления. Поэтому

основной характеристикой является коэффициент усиления. Различают коэффициенты усиления по мощности, току и напряжению.

Коэффициент усиления ЭМУ по мощности kpесть отношение мощности на выходе РВых к мощности на входе Рвхпри установившемся режиме работы:

Коэффициент усиления по напряжению
где UВЫХ — напряжение выходной цепи; — напряжение входной цепи.Из сказанного следует, что

Коэффициент усиления п о току kt— это отношение тока выход­ной цепи /вых усилителя к току входной цепи /вх:

Электромашинные усилители могут иметь достаточно высокий коэффициент усиления по мощности (103-М05).

Не менее важным для усилителя является его быстродействие, характеризуемое постоянными времени его цепей.Постоянная времени определяется величиной энергии магнит­ного поля, изменяющегося в процессе регулирования. Для элект­рической цепи постоянная времени

где L— индуктивность цепи;

ΣR — активное сопротивление цепи. В электромашинных усилителях постоянная времени T= 0,02÷0,2 сек.

От ЭМУ стремятся получить большой коэффициент усиления по мощности и большое быстродействие, т. е. по возможности мень­шие постоянные времени.

Так как постоянная времени ЭМУ про­порциональна коэффициенту усиления по мощности ЭМУ, то для удобства сравнения различных усилителей вводят коэффициент добротности &д, представляющий собой отношение коэффициента по мощносте к сумме постоянных времени ступеней усиления:

B системах автоматического регулирования ЭМУ применяются в качестве усилителей мощности и работают в основном при пере­ходных режимах, в процессе которых возникаютзначительные пере­грузки по току. Поэтому одним из требований к ЭМУ является хорошая перегрузочная способность.К числу важнейших требований, предъявляемых к ЭМУ, от­носятся надежность в работе и стабильность характеристик.ЭМУ, используемые на самолетах и транспортных установках, должны обладать минимальными габаритами и весом.В радиоэлектронной промышленности наибольшее распростра­нение получили независимый ЭМУ, ЭМУ с самовозбуждением и ЭМУ поперечного поля с диаметральным шагом. Далее рассмот­рены эти типы усилителей.

1.2. НЕЗАВИСИМЫЙ ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Как уже отмечалось, независимый электромашинный усилитель относится к усилителям продольного поля. Про­стейшим типом такого усилителя явля­ется обычный генератор постоянного тока с независимым возбуждением (рис. 1.1). Коэффициент усиления по мощ­ности независимого ЭМУ

где (Uя— напряжение на зажимах якоря; /я— ток якоря;

Iy—ток управления (возбуждения);

Ry—сопротивление обмотки управления (возбуждения). Для выяснения зависимости коэффициента усиления по мощ­ности кр от основных параметров машины и нагрузки преобразуем равенство (1.1). Учитывая, что ток якоря

где Rя — сопротивление обмотки якоря;

Rнагр— сопротивление нагрузки,

и напряжение на зажимах якоря Uя≈Ея, равенство (1.1) можно записать в виде

Выражая э. д. с. якоря Eя через скорость и магнитный поток, индуктивность обмотки управления Ly через потокосцепление обмотки и ток в ней, а также учитывая, что магнитный поток про­порционален м. д.с. обмотки- управления и магнитной проводи­мости машины Λ, после преобразований получим

ω — угловая скорость вращения якоря.Из Из уравнения (1.3) видно, что коэффициент усиления по мощ-

ности независимого ЭМУ при постоянном быстродействии (Ту=

const) пропорционален квадрату скорости вращения якоря, маг-

нитной проводимости машины и зависит от соотношения сопротивлений обмоток машины и нагрузки. Таким образом, чтобы иметь высокий коэффициент усиления по мощности, необходимо использовать высокооборотный генератор постоянного токa с ненасыщенной магнитной cистемой (высокое значение Λ).

Обычный генератор постоян­ного тока с независимым возбуждением не обладает этими свой­ствами, поэтому его коэффициент усиления по мощности неве­лик: kp=20÷100. В системах автоматического управления, где на вход усилителя подается несколько сигналов, одной обмотки управления (возбуждения) недостаточно, поэтому в усилителях обычно применяют 2, 3, 4 обмотки управления.

На рис. 1.2 представлена принципиальная схема независимого ЭМУ с двумя обмотками управления.

Так как обмотки управления расположены в одних и тех же пазах статора, то между обмотками существует полная магнитная связь. Поэтому при нескольких обмотках управления, имеющих замкнутые контуры, постоянная времени для какой-либо обмотки управления равна сумме постоянных времени обмоток. Для усили­теля, показанного на рис. 1.2,

где Tу1 и Ту2—соответственно постоянные времени однойобмотки при разомкнутой другой. При холостом ходе усилителя и подключении одной обмотки управления имеем одну постоянную времени цепи управления

где Ly1— индуктивность обмотки управления;

Ryl— активное сопротивление обмотки управления.

Переходный процесс нарастания напряжения при холостом ходе усилителя описывается уравнениями

где Uy1— напряжение, приложенное к обмотке управления, iγ1 — ток в обмотке управления,

Ея— действующее значение э. д. с. на выходе ЭМУ в устано­вившемся режиме,

ku— коэффициент усиления ЭМУ по напряжению.

Решение уравнения (1.6) с учетом (1.7) имеет вид

где ея— мгновенное значение э. д. с. якоря.

Из уравнения (1.8) видно, что нарастание э. д. с. ея при работе усилителя в режиме холостого хода идет по экспоненте с постоянной времени Tyi. Последняя составляет для усилителей различных мощностей от нескольких сотых до нескольких десятых секунды.

Электромашинный усилитель, работающий в режиме холостого хода, с точки зрения динамики можно представить в виде аперио­дического звена с постоянной времени Tyi.

Передаточная функция для этого режимаПередаточную функцию усилителя с активной нагрузкой опре­деляют с учетом уравнения напряжений в цепи якоря и нагрузки [4].

Уравнение передаточной функции усилителя с активной на­грузкой имеет вид

-постоянная времени цепи якоря,

iнагр — ток нагрузки; Lя — индуктивность обмотки якоря.

Уравнение(1.10) записано без учета внутренней обратной связи в усилителе

Внутренняяобратная связь имеется в усилителе в виде раз­магничивающегодействия реакции якоря. Эта обратная связь нелинейна вследствие нелинейности характеристики намагничивания и ТОЛЬКО приближенно при небольших токах нагрузки ее можно считатьлинейной.

Передаточная функция усилителя в общем виде с учетом размагничивающего действия реакции якоря

к01 — коэффициент внутренней обратной связи по току.

Из уравнения (1.11) видно, что внутренняя обратная связь по току уменьшает общий коэффициент усиления (числитель выражения 1.11). Одновременно увеличивается быстродействие ЭМУ, что находит выражение в уменьшении коэффициентов при постоян­ных времени (знаменатель уравнения 1.11). В целом коэффициент добротности ЭМУ увеличивается.

В независимом ЭМУ не удается получить большой коэффициент усиления по мощности, поэтому такие усилители нашли незначи­тельноеприменение в системах автоматического регулирования. Однако в системах генератор—двигатель, где от двигателя тре­буется изменение скорости вращения в широком диапазоне, гене­ратор работает в режиме независимого ЭМУ.

Простейшим из электромашинных усилителей является одно­ступенчатый независимый ЭМУ.

Для увеличения коэффициента усиления часто используют более сложные многоступенчатые ЭМУ, а так как каждая ступень усиления многоступенчатого усилителя может рассматриваться как элементарный одноступенчатый уси­литель, то приведенные результаты анализа работы одноступенчатого ЭМУ применимы и к многоступенчатым.

1.3. ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С САМОВОЗБУЖДЕНИЕМ

Коэффициент усиления по мощности независимого ЭМУ не пре­вышает 100. С целью повышения коэффициента усиления по мощ­ности ЭМУ были созданы электромашинные усилители с самовоз­буждением. В 1942 г.

фирма Вестингауз начала серийный выпуск этих усилителей под названием рототрол.

Конструктивно ЭМУ с самовозбуждением (ЭМУС) отличается от независимого ЭМУ только тем, что на его полюсах возбуждениясоосно с обмотками управления размещается обмотка самовозбуж­дения, включаемая параллельно обмотке якоря или последова­тельно с ней.

На рис. 1.3, а показано конструктивное расположение обмоток управления и самовозбуждения на полюсах статора ЭМУС; на рис. 1.3, б представлена принципиальная схема ЭМУС с параллель­ным возбуждением, на рис. 1.3, в — с последовательным возбуж­дением.

Для пояснения принципа действия ЭМУС рассмотрим возбуж­дение генератора постоянного тока с параллельным возбуждением. На рис. 1.

4, а изображены характеристика холостого хода машины Ef(IBωB), т. е. зависимость э. д. с. от м. д. с.

возбуждения и вольтамперные характеристики цепи возбуждения 1и2, опре­деляющие падения напряжений в ней.

Обозначим через α1— угол наклона линейного участка харак­теристики холостого хода, через α2 и α3— угол наклона вольтампер­ной характеристики цепи возбуждения.

У

гол наклона вольтамперной характеристики цепи возбуждения α2или α3 зависит от величины сопротивления цепи возбуждения, так как

где α— угол наклона вольтамперной характеристики цепи воз­буждения;

U— напряжение, приложенное к цепи возбуждения; / — ток в цепи возбуждения.

Из приведенных на рис. 1.4, а характеристик видно, что в случае α2< α1 возбуждения машины не произойдет, так как согласно характеристикам при одной и той же величине м. д. с, например F1, генератор выработает э. д. с. Ε1, а для создания такой же м. д. с. на обмотке возбуждения необходимо напряжение U1.

Гак как U1>E1то возбуждение машины невозможно. В случае α≤αкр машина возбудится до точки С. Угол наклона начального участка характеристики холостого хода называют критическим углом оскр. Таким образом, условия самовозбуждения можно за­писать через углы: α≤αкр (1.

13)

В

электромашинном усилителе обмотку самовозбуждения под­бирают так, чтобы при отсутствии сигнала на обмотке управления усилитель не возбуждался, т. е. выбирают α>ακρ (прямая 1 на рис. 1.4, б). Если на обмотку управления подать сигнал, создаю­щий м. д. с. Iyωy=Fy, то вольтамперная характеристика пере­местится параллельно прямой 1 и займет положение прямой 2. Усилитель возбудится до точки А и на клеммах якоря появится э. д. с. Е. Нетрудно заметить, что э. д. с. Е создается м. д. с. воз­буждения

где Fc— м. д. с. обмотки самовозбуждения.

Заменим отрезок характеристики OAрис. 1.4, б прямой линией и рассмотрим треугольники OABи CAB.

Из треугольника OAB

Из треугольника CAB

E = Fctgα. (1.16)

Решая совместно (1.14) — (1.16), находим значение коэффи­циента усиления по мощности, выраженного через магнитодвижу­щие силы:

И

з равенства (1.17) видно, что, чем ближе угол наклона вольт­амперной характеристики обмотки самовозбуждения к αкр, тем больше коэффициент усиления по мощности усилителя. В крити­ческом случае, когда α=ακρ, коэффициент усиления

kp=.

В случае α

Источник: http://topuch.ru/elektromashinnie-usiliteli/index.html

Ссылка на основную публикацию