Wzmacniacze elektromechaniczne

Wzmacniacz to urządzenie, w którym sygnał o małej mocy (wielkość wejściowa) steruje stosunkowo dużą mocą (wielkość wyjściowa). W tym przypadku wartość wyjściowa jest funkcją sygnału wejściowego, a wzmocnienie następuje dzięki energii zewnętrznego źródła.

V wzmacniacze maszyn elektrycznych wyjściowa (sterowana) energia elektryczna generowana jest z mocy mechanicznej silnika napędowego.

Wzmacniacze elektromechaniczne (EMU) to maszyny z kolektorami prądu stałego.

W zależności od sposobu wzbudzenia wzmacniacze maszyn elektrycznych dzielą się na podłużne i poprzeczne.

Wzdłużne wzmacniacze pola, w których główny strumień wzbudzenia jest kierowany wzdłuż podłużnej osi maszyny, obejmują:

1) niezależny wzmacniacz maszyny elektrycznej,

2) Samowzbudny elektryczny wzmacniacz maszynowy,

3) wzmacniacze dwumaszynowe,

4) dwukolektorowy wzmacniacz maszyny elektrycznej,

5) dwu- i trzystopniowe elektryczne wzmacniacze maszynowe pola podłużnego

Wzmacniacze pola poprzecznego, w których główny strumień wzbudzenia jest skierowany wzdłuż osi poprzecznej maszyny, obejmują:

1) Wzmacniacze elektromechaniczne ze średnicowym podziałem uzwojenia twornika,

2) wzmacniacze maszyn elektrycznych o połówkowym skoku twornika,

3) Wzmacniacze elektromechaniczne z dzielonym układem magnetycznym.

Im mniejsza moc sterująca wzmacniacza maszyny elektrycznej, tym mniejsza waga i wymiary aparatury sterującej. Dlatego główną cechą jest zysk. Rozróżnij wzmocnienie mocy, wzmocnienie prądu i wzmocnienie napięcia.

Wzmocnienie mocy wzmacniacza kp jest stosunkiem mocy wyjściowej Pout do mocy wejściowej Pin w stanie ustalonym:

kp = Wyjście / Pvx

Wzmocnienie napięcia:

kti = Uwyj / Uwe

gdzie Uout jest napięciem obwodu wyjściowego; — napięcie obwodu wejściowego.

Wzmocnienie prądowe ki Stosunek prądu obwodu wyjściowego wzmacniacza wyjściowego Az do prądu obwodu wejściowego Azv:

ki = Ja na zewnątrz / Azv

Z tego, co powiedziano, wynika, że ​​wzmacniacze maszyn elektrycznych mogą mieć wystarczająco duży przyrost mocy (103 — 105). Równie ważna dla wzmacniacza jest jego wydajność, którą charakteryzują stałe czasowe jego obwodów.

Ich celem jest uzyskanie dużego wzmocnienia mocy i dużej szybkości reakcji ze wzmacniacza maszyny elektrycznej, tj. najmniejsze możliwe stałe czasowe.

W układach automatycznej regulacji jako wzmacniacze mocy stosowane są wzmacniacze maszyn elektrycznych, które pracują głównie w stanach nieustalonych, podczas których występują znaczne przeciążenia prądowe. Dlatego jednym z wymagań dla wzmacniacza maszyny elektrycznej jest dobra przeciążalność.

Niezawodność i stabilność działania to jedne z najważniejszych wymagań stawianych wzmacniaczowi do maszyn elektrycznych.

Wzmacniacze maszyn elektrycznych stosowane w samolotach i instalacjach transportowych powinny być jak najmniejsze i najlżejsze.

W przemyśle najczęściej stosowane są niezależny wzmacniacz maszynowy, samowzbudny wzmacniacz maszynowy i wzmacniacz maszynowy o średnicy krokowej.

Współczynnik wzmocnienia mocy niezależnego EZT nie przekracza 100. W celu zwiększenia współczynnika wzmocnienia mocy EZT stworzono samowzbudne wzmacniacze maszyn elektrycznych.

Strukturalny EMU z samowzbudzeniem (EMUS) różni się od niezależnego EMU tylko tym, że uzwojenie samowzbudzenia jest umieszczone na jego biegunach wzbudzenia współosiowo z uzwojeniami sterującymi, które są połączone równolegle z uzwojeniem twornika lub szeregowo z nim.

Wzmacniacze takie służą głównie do zasilania uzwojenia wzbudzenia generatora w układzie generator-silnik iw tym przypadku czas trwania stanu nieustalonego jest określony stałą czasową generatora.

W przeciwieństwie do niezależnych EMU i samowzbudnych EMU (EMUS), w których głównym strumieniem wzbudzenia jest podłużny strumień magnetyczny skierowany wzdłuż biegunów wzbudzenia, w EMU z polem poprzecznym głównym strumieniem wzbudzenia jest strumień poprzeczny z reakcji twornika.

Najważniejszą cechą statyczną EMU typu cross-field jest współczynnik wzmocnienia mocy. Duże wzmocnienie uzyskuje się dzięki temu, że EMU cross-field jest wzmacniaczem dwustopniowym. Pierwszy stopień wzmocnienia: cewka sterująca jest zwarta do szczotek poprzecznych.Drugi etap: zwarty łańcuch szczotek poprzecznych - wyjściowy łańcuch szczotek wzdłużnych. Zatem całkowite wzmocnienie mocy wynosi kp = kp1kp2, gdzie kp1 jest wzmocnieniem pierwszego stopnia; kp2 — współczynnik wzmocnienia II stopnia.

W przypadku stosowania wzmacniaczy maszyn elektrycznych w układach automatyki zamkniętej (stabilizatory, regulatory, układy nadążne) maszyna powinna być nieco niedokompensowana (k = 0,97 ÷ 0,99), gdyż w przypadku przekompensowania w układzie podczas pracy wystąpi fałszywe zakłócenie wystąpić z powodu szczątkowej cewki kompensacyjnej m.s., co doprowadzi do wystąpienia samooscylacji w układzie.

Całkowity przyrost mocy pola poprzecznego EMU jest proporcjonalny do czwartej potęgi prędkości obrotowej twornika, przewodności magnetycznej wzdłuż osi poprzecznej i wzdłużnej i zależy od stosunku rezystancji uzwojeń maszyny do obciążenia.

Wynika z tego, że wzmacniacz będzie miał większy przyrost mocy, mniej nasycony obwód magnetyczny i większą prędkość jego wirowania. Nie da się nadmiernie zwiększyć prędkości obrotowej, ponieważ wpływ prądów przełączających zaczyna znacznie wzrastać. Dlatego przy nadmiernym wzroście prędkości z powodu wzrostu prądów przełączania przyrost mocy nie wzrośnie, a nawet może się zmniejszyć.

Zastosowanie wzmacniaczy maszyn elektrycznych

Wzmacniacze maszyn elektrycznych są produkowane masowo i szeroko stosowane w systemach automatycznego sterowania i zautomatyzowanych napędach elektrycznych.W układach generator-silnik generator i często wzbudnica są zasadniczo niezależnymi wzmacniaczami maszyny elektrycznej połączonymi kaskadowo. Najczęściej spotykane są wzmacniacze elektryczne z polem poprzecznym. Wzmacniacze te mają szereg zalet, z których główne to:

1) wysoki przyrost mocy.

2) niska moc wejściowa,

3) wystarczająca prędkość, czyli małe stałe czasowe obwodów wzmacniacza. Czas narastania napięcia od zera do wartości nominalnej dla wzmacniaczy przemysłowych o mocy 1-5 kW wynosi 0,05-0,1 s,

4) wystarczającą niezawodność, trwałość i szerokie granice wahań mocy,

5) możliwość zmiany charakterystyk poprzez zmianę stopnia kompensacji, co umożliwia uzyskanie niezbędnych cech zewnętrznych.

Wady elektrycznych wzmacniaczy maszynowych obejmują:

1) relatywnie duże gabaryty i ciężar w porównaniu do prądnic prądu stałego o tej samej mocy, ponieważ do uzyskania dużych wzmocnień stosuje się nienasycony obwód magnetyczny,

2) obecność naprężeń szczątkowych z powodu histerezy. EMF indukowana w tworniku przez strumień szczątkowy magnetyzm, zniekształca liniową zależność napięcia wyjściowego od sygnału wejściowego w obszarze małych sygnałów i narusza wyjątkowość zależności parametrów wyjściowych wzmacniaczy maszyny elektrycznej od wejściowych przy zmianie polaryzacji sygnału wejściowego, ponieważ strumień magnetyzmu szczątkowego o stałej polaryzacji sygnału zwiększy przepływ sterowania, a gdy zmieni się biegunowość sygnału, zmniejszy przepływ sterowania.

Ponadto pod wpływem szczątkowego pola elektromagnetycznego wzmacniacza maszyny elektrycznej pracującego w trybie przekompensowania, przy niskiej rezystancji obciążenia i zerowym sygnale wejściowym, może on ulec samowzbudzeniu i utracić sterowność. Zjawisko to tłumaczy się niekontrolowanym wzrostem wzdłużnego strumienia magnetycznego maszyny, początkowo równego szczątkowemu strumieniowi magnetycznemu, w wyniku napędzającego działania cewki kompensacyjnej.

W celu zneutralizowania szkodliwego wpływu przepływu magnetyzmu szczątkowego we wzmacniaczu maszyny elektrycznej przeprowadza się rozmagnesowanie prądem przemiennym, a same wzmacniacze maszyn elektrycznych są nieco niewystarczająco umieszczane w układach automatycznych.

Należy zauważyć, że wraz z wprowadzeniem przetwornic półprzewodnikowych znacznie ograniczono stosowanie wzmacniaczy maszyn elektrycznych w układzie napędu elektrycznego wzmacniacza (generatora) maszyny elektrycznej — silnika.