Elektromekaniske forsterkere

En forsterker er en enhet der et laveffektsignal (inngangsmengde) styrer en relativt høy effekt (utgangsmengde). I dette tilfellet er utgangsverdien en funksjon av inngangssignalet og forsterkningen oppstår på grunn av energien til en ekstern kilde.

V-forsterkere til elektriske maskiner produserer (kontrollert) elektrisk kraft fra den mekaniske kraften til drivmotoren.

Elektromekaniske forsterkere (EMUer) er DC-kollektormaskiner.

Avhengig av eksiteringsmetoden er elektriske maskinforsterkere delt inn i langsgående feltforsterkere og tverrfeltforsterkere.

Langsgående feltforsterkere, der hovedeksitasjonsfluksen er rettet langs maskinens lengdeakse, inkluderer:

1) uavhengig elektrisk maskinforsterker,

2) Selvspent elektrisk maskinforsterker,

3) to-maskiner forsterkere,

4) to-kollektor elektrisk maskinforsterker,

5) to- og tre-trinns elektriske maskinforsterkere av det langsgående feltet

Tverrfeltforsterkere, der hovedeksitasjonsfluksen er rettet langs maskinens tverrakse, inkluderer:

1) Elektromekaniske forsterkere med en diametral stigning av ankerviklingen,

2) elektriske maskinforsterkere med halv diameter ankerpitch,

3) Elektromekaniske forsterkere med delt magnetisk system.

Jo lavere kontrolleffekten til den elektriske maskinforsterkeren er, desto mindre vekt og dimensjoner på kontrollutstyret. Derfor er hovedkarakteristikken profitt. Skille mellom effektforsterkning, strømforsterkning og spenningsforsterkning.

Forsterkerens effektforsterkning kp er forholdet mellom utgangseffekten Pout og inngangseffekten Pin i stabil drift:

kp = Poutput / Pvx

Spenningsforsterkning:

kti = Uout / Uin

hvor Uout er utgangskretsspenningen; — inngangskretsspenning.

Strømforsterkning ki Forholdet mellom strømmen til utgangskretsen til Az-utgangsforsterkeren og strømmen til inngangskretsen Azv:

ki = Meg utenfor / Azv

Det følger av det som er sagt at elektriske maskinforsterkere kan ha tilstrekkelig høy effektforsterkning (103 — 105). Like viktig for forsterkeren er ytelsen, preget av tidskonstantene til kretsene.

De har som mål å oppnå høy effektforsterkning og høy responshastighet fra en elektrisk maskinforsterker, dvs. minste mulige tidskonstanter.

I automatiske kontrollsystemer brukes elektriske maskinforsterkere som effektforsterkere og opererer primært i transiente moduser der det oppstår betydelige strømoverbelastninger. Derfor er et av kravene til en elektrisk maskinforsterker god overbelastningskapasitet.

Pålitelighet og driftsstabilitet er blant de viktigste kravene til en elektrisk maskinforsterker.

Elektriske maskinforsterkere som brukes på fly og transportinstallasjoner bør være så små og lette som mulig.

I industrien er de mest brukte uavhengige maskinforsterkere, selveksiterte maskinforsterkere og trinndiameter kryssfelt maskinforsterker.

Effektforsterkningsfaktoren til en uavhengig EMU overstiger ikke 100. For å øke effektforsterkningsfaktoren til EMU ble det laget selveksiterte elektriske maskinforsterkere.

En strukturell EMU med selveksitasjon (EMUS) skiller seg fra en uavhengig EMU bare ved at selveksitasjonsviklingen er plassert på sine eksitasjonspoler koaksialt med kontrollviklingene, som er koblet parallelt med ankerviklingen eller i serie med den.

Slike forsterkere brukes hovedsakelig til å drive eksitasjonsviklingen til generatoren i generator-motorsystemet, og i dette tilfellet bestemmes varigheten av transienten av generatorens tidskonstant.

I motsetning til uavhengige EMU-er og selveksiterte EMU-er (EMUS), hvor hovedeksitasjonsfluksen er den langsgående magnetiske fluksen rettet langs eksitasjonspolene, i tverrfelt-EMUS, er hovedeksitasjonsfluksen tverrfluksen fra ankerreaksjonen.

Den viktigste statiske egenskapen til kryssfelt-ØMUen er effektforsterkningsfaktoren. En stor forsterkning oppnås på grunn av at kryssfelt-EMU er en totrinnsforsterker. Det første trinnet av forsterkning: kontrollspolen er kortsluttet til tverrbørstene.Andre trinn: kortsluttet kjede av tverrgående børster - utgående kjede av langsgående børster. Derfor er den totale effektforsterkningen kp = kp1kp2, hvor kp1 er forsterkningen til det første trinnet; kp2 — amplifikasjonsfaktor for 2. trinn.

Ved bruk av forsterkere av elektriske maskiner i lukkede automatiske kontrollsystemer (stabilisatorer, regulatorer, sporingssystemer), bør maskinen være litt underkompensert (k = 0,97 ÷ 0,99), siden i tilfelle overkompensasjon i systemet under arbeid, vil en falsk forstyrrelse vil oppstå på grunn av den gjenværende m.s.-kompensasjonsspolen, noe som vil føre til at det oppstår selvsvingninger i systemet.

Den totale kraftforsterkningen til tverrfeltet EMU er proporsjonal med den fjerde potensen til ankerrotasjonshastigheten, den magnetiske ledningsevnen langs tverr- og lengdeaksen, og avhenger av forholdet mellom motstandene til maskinviklingene og belastningen.

Det følger at forsterkeren vil ha høyere effektforsterkning, jo mindre mettet magnetisk krets og høyere rotasjonshastighet. Det er umulig å øke rotasjonshastigheten for mye, fordi effekten av byttestrøm begynner å øke betydelig. Derfor, med en overdreven økning i hastighet på grunn av en økning i svitsjestrømmer, vil ikke effektforsterkningen øke og kan til og med reduseres.

Bruk av elektriske maskinforsterkere

Elektriske maskinforsterkere er masseprodusert og mye brukt i automatiske kontrollsystemer og automatiserte elektriske stasjoner.I generator-motorsystemer er generatoren, og ofte exciteren, i hovedsak uavhengige elektriske maskinforsterkere koblet i kaskade. De vanligste er tverrfelt elektriske forsterkere. Disse forsterkerne har en rekke fordeler, de viktigste er:

1) høy effektforsterkning.

2) lav inngangseffekt,

3) tilstrekkelig hastighet, det vil si små tidskonstanter for forsterkerkretsene. Spenningsstigetiden fra null til nominell verdi for industrielle forsterkere med en effekt på 1-5 kW er 0,05-0,1 sek.

4) tilstrekkelig pålitelighet, holdbarhet og vide grenser for effektvariasjon,

5) muligheten for å endre egenskapene ved å endre graden av kompensasjon, noe som gjør det mulig å oppnå de nødvendige ytre egenskapene.

Ulempene med elektriske maskinforsterkere inkluderer:

1) relativt store dimensjoner og vekt sammenlignet med DC-generatorer med samme effekt, siden en umettet magnetisk krets brukes til å oppnå store gevinster,

2) tilstedeværelsen av gjenværende stress på grunn av hysterese. EMF indusert i ankeret av gjenværende fluks magnetisme, forvrenger den lineære avhengigheten av utgangsspenningen på inngangssignalet i området med små signaler og bryter med det unike ved avhengigheten av utgangsparametrene til forsterkerne til den elektriske maskinen på inngangssignalene når du endrer polariteten til inngangssignalet, siden en fluks av restmagnetisme med konstant polaritet av signalet vil øke kontrollstrømmen, og når polariteten til signalet endret seg, reduserte den kontrollstrømmen.

I tillegg, under påvirkning av den gjenværende EMF fra en elektrisk maskinforsterker som opererer i overkompensasjonsmodus, med lav belastningsmotstand og null inngangssignal, kan den selveksitere og miste kontrollerbarhet. Dette fenomenet forklares av en ukontrollerbar økning i den langsgående magnetiske fluksen til maskinen, opprinnelig lik restmagnetismefluksen, på grunn av drivvirkningen til kompensasjonsspolen.

For å nøytralisere den skadelige effekten av strømmen av restmagnetisme i forsterkeren til den elektriske maskinen, utføres vekselstrømsavmagnetisering, og forsterkerne til de elektriske maskinene selv er plassert i automatiske systemer noe utilstrekkelig.

Det skal bemerkes at med introduksjonen av halvlederomformere, har bruken av elektriske maskinforsterkere i det elektriske drivsystemet til en forsterker (generator) av en elektrisk maskin - motoren blitt betydelig redusert.