Amplificatoare electromecanice

Un amplificator este un dispozitiv în care un semnal de putere scăzută (cantitate de intrare) controlează o putere relativ mare (cantitate de ieșire). În acest caz, valoarea de ieșire este o funcție a semnalului de intrare, iar câștigul are loc datorită energiei unei surse externe.

V amplificatoare ale mașinilor electrice de ieșire (controlată) puterea electrică este generată din puterea mecanică a motorului de antrenare.

Amplificatoarele electromecanice (EMU) sunt mașini colectoare de curent continuu.

În funcție de metoda de excitare, amplificatoarele de mașini electrice sunt împărțite în amplificatoare de câmp longitudinal și amplificatoare de câmp transversal.

Amplificatoarele de câmp longitudinal, în care fluxul principal de excitație este direcționat de-a lungul axei longitudinale a mașinii, includ:

1) amplificator independent de mașină electrică,

2) Amplificator de mașină electrică auto-excitată,

3) amplificatoare cu două mașini,

4) amplificator de mașină electrică cu doi colectori,

5) amplificatoare de mașină electrică în două și trei trepte ale câmpului longitudinal

Amplificatoarele de câmp transversal, în care fluxul principal de excitație este direcționat de-a lungul axei transversale a mașinii, includ:

1) Amplificatoare electromecanice cu pas diametral al înfășurării armăturii,

2) amplificatoare de mașină electrică cu pas de armătură cu jumătate de diametru,

3) Amplificatoare electromecanice cu sistem magnetic split.

Cu cât puterea de control a amplificatorului mașinii electrice este mai mică, cu atât greutatea și dimensiunile echipamentului de control sunt mai mici. Prin urmare, principala caracteristică este profitul. Faceți diferența între câștigul de putere, câștigul de curent și câștigul de tensiune.

Câștigul de putere al amplificatorului kp este raportul dintre puterea de ieșire Pout și puterea de intrare Pin în funcționare în regim stabil:

kp = Putput / Pvx

Câștig de tensiune:

kti = Uout / Uin

unde Uout este tensiunea circuitului de ieșire; — tensiunea circuitului de intrare.

Câștig de curent ki Raportul dintre curentul circuitului de ieșire al amplificatorului de ieșire Az și curentul circuitului de intrare Azv:

ki = Eu afară / Azv

Din cele spuse rezultă că amplificatoarele de mașini electrice pot avea un câștig de putere suficient de mare (103 — 105). La fel de importantă pentru amplificator este performanța acestuia, caracterizată prin constantele de timp ale circuitelor sale.

Acestea urmăresc obținerea unui câștig de putere mare și viteză mare de răspuns de la un amplificator de mașină electrică, de exemplu. cele mai mici constante de timp posibile.

În sistemele de control automat, amplificatoarele de mașini electrice sunt utilizate ca amplificatoare de putere și funcționează în principal în moduri tranzitorii în care apar suprasarcini semnificative de curent. Prin urmare, una dintre cerințele pentru un amplificator de mașină electrică este capacitatea bună de suprasarcină.

Fiabilitatea și stabilitatea funcționării sunt printre cele mai importante cerințe pentru un amplificator de mașină electrică.

Amplificatoarele de mașini electrice utilizate pe aeronave și instalații de transport ar trebui să fie cât mai mici și ușoare posibil.

În industrie, cele mai utilizate sunt amplificatorul de mașină independent, amplificatorul de mașină auto-excitat și amplificatorul de mașină cu diametru încrucișat.

Factorul de amplificare a puterii unui EMU independent nu depășește 100. Pentru a crește factorul de amplificare a puterii al EMU, au fost create amplificatoare de mașini electrice autoexcitate.

O EMU structurală cu autoexcitare (EMUS) diferă de o EMU independentă doar prin aceea că înfășurarea cu autoexcitare este plasată pe polii săi de excitație coaxial cu înfășurările de control, care este conectată în paralel cu înfășurarea armăturii sau în serie cu aceasta.

Astfel de amplificatoare sunt utilizate în principal pentru a alimenta înfășurarea de excitație a generatorului în sistemul generator-motor, iar în acest caz, durata tranzitoriului este determinată de constanta de timp a generatorului.

Spre deosebire de EMU independente și EMU auto-excitate (EMUS), unde fluxul principal de excitație este fluxul magnetic longitudinal direcționat de-a lungul polilor de excitație, în EMU-urile cu câmp transversal, fluxul principal de excitație este fluxul transversal din reacția armăturii.

Cea mai importantă caracteristică statică a EMU-ului încrucișat este factorul de câștig de putere. Se obține un câștig mare datorită faptului că EMU cu câmp încrucișat este un amplificator în două trepte. Prima etapă de amplificare: bobina de control este scurtcircuitată la periile transversale.Etapa a doua: lanț scurtcircuitat de perii transversale - lanț de ieșire perii longitudinale. Prin urmare, câștigul total de putere este kp = kp1kp2, unde kp1 este câștigul din prima etapă; kp2 — factorul de amplificare al etapei a 2-a.

Atunci când se utilizează amplificatoare de mașini electrice în sisteme de control automat închise (stabilizatoare, regulatoare, sisteme de urmărire), mașina trebuie să fie ușor subcompensată (k = 0,97 ÷ 0,99), deoarece în caz de supracompensare a sistemului în timpul lucrului, se va produce o perturbare falsă. apar din cauza bobinei de compensare a m.s. reziduale, care va duce la apariția auto-oscilațiilor în sistem.

Câștigul general de putere al câmpului transversal EMU este proporțional cu a patra putere a vitezei de rotație a armăturii, conductivitatea magnetică de-a lungul axelor transversale și longitudinale și depinde de raportul dintre rezistențele înfășurărilor mașinii și sarcina.

Rezultă că amplificatorul va avea un câștig de putere mai mare, un circuit magnetic mai puțin saturat și o viteză mai mare de rotație a acestuia. Este imposibil să creșteți excesiv viteza de rotație, deoarece efectul curenților de comutare începe să crească semnificativ. Prin urmare, cu o creștere excesivă a vitezei din cauza creșterii curenților de comutare, câștigul de putere nu va crește și poate chiar să scadă.

Aplicarea amplificatoarelor de mașini electrice

Amplificatoarele de mașini electrice sunt produse în serie și utilizate pe scară largă în sistemele de control automate și acționările electrice automate.În sistemele generator-motor, generatorul, și adesea excitatorul, sunt în esență amplificatoare electrice independente conectate în cascadă. Cele mai comune sunt amplificatoarele electrice cu câmp transversal. Aceste amplificatoare au o serie de avantaje, principalele fiind:

1) câștig de putere mare.

2) putere de intrare scăzută,

3) viteză suficientă, adică constante de timp mici ale circuitelor amplificatoare. Timpul de creștere a tensiunii de la zero la valoarea nominală pentru amplificatoarele industriale cu o putere de 1-5 kW este de 0,05-0,1 sec,

4) fiabilitate suficientă, durabilitate și limite largi de variație a puterii,

5) posibilitatea de modificare a caracteristicilor prin modificarea gradului de compensare, ceea ce face posibilă obținerea caracteristicilor exterioare necesare.

Dezavantajele amplificatoarelor electrice includ:

1) dimensiuni și greutate relativ mari în comparație cu generatoarele de curent continuu de aceeași putere, deoarece un circuit magnetic nesaturat este utilizat pentru a obține câștiguri mari,

2) prezența stresului rezidual datorat histerezisului. EMF indusă în armătură de fluxul rezidual magnetism, distorsionează dependența liniară a tensiunii de ieșire de semnalul de intrare în regiunea semnalelor mici și încalcă unicitatea dependenței parametrilor de ieșire ai amplificatoarelor mașinii electrice de cei de intrare atunci când se schimbă polaritatea semnalului de intrare, deoarece un flux de magnetism rezidual cu o polaritate constantă a semnalului va crește fluxul de control, iar când polaritatea semnalului s-a schimbat, a scăzut fluxul de control.

În plus, sub influența EMF reziduală a unui amplificator de mașină electrică care funcționează în modul de supracompensare, cu rezistență scăzută la sarcină și semnal de intrare zero, se poate autoexcita și pierde controlabilitatea. Acest fenomen se explică printr-o creștere necontrolată a fluxului magnetic longitudinal al mașinii, inițial egală cu fluxul de magnetism rezidual, datorită acțiunii de antrenare a bobinei de compensare.

Pentru a neutraliza efectul dăunător al fluxului de magnetism rezidual în amplificatorul mașinii electrice, se efectuează demagnetizarea cu curent alternativ, iar amplificatoarele mașinilor electrice în sine sunt plasate în sisteme automate oarecum insuficient.

Trebuie remarcat faptul că, odată cu introducerea convertoarelor semiconductoare, utilizarea amplificatoarelor de mașini electrice în sistemul de acționare electrică a unui amplificator (generator) al unei mașini electrice - motorul a fost redus semnificativ.