Elektromekaniska förstärkare

En förstärkare är en anordning i vilken en lågeffektsignal (ingångskvantitet) styr en relativt hög effekt (utgångskvantitet). I detta fall är utgångsvärdet en funktion av insignalen och förstärkningen uppstår på grund av energin från en extern källa.

V-förstärkare för elektriska maskiner utgående (kontrollerad) elektrisk effekt genereras från den mekaniska kraften från drivmotorn.

Elektromekaniska förstärkare (EMU) är DC-kollektormaskiner.

Beroende på exciteringsmetoden delas elektriska maskinförstärkare in i longitudinella fältförstärkare och tvärfältsförstärkare.

Longitudinella fältförstärkare, där det huvudsakliga excitationsflödet är riktat längs maskinens längsgående axel, inkluderar:

1) oberoende elektrisk maskinförstärkare,

2) Självexiterande elektrisk maskinförstärkare,

3) tvåmaskinsförstärkare,

4) elektrisk maskinförstärkare med två kollektorer,

5) två- och trestegs elektriska maskinförstärkare av det längsgående fältet

Tvärfältsförstärkare, där huvudexcitationsflödet är riktat längs maskinens tvärgående axel, inkluderar:

1) Elektromekaniska förstärkare med en diametral stigning på ankarlindningen,

2) elektriska maskinförstärkare med halv diameter,

3) Elektromekaniska förstärkare med delat magnetsystem.

Ju lägre styreffekt den elektriska maskinförstärkaren har, desto mindre vikt och dimensioner på styrutrustningen. Därför är den huvudsakliga egenskapen vinst. Gör skillnad på effektförstärkning, strömförstärkning och spänningsförstärkning.

Förstärkarens effektförstärkning kp är förhållandet mellan uteffekten Pout och ineffekten Pin i stationär drift:

kp = Poutput / Pvx

Spänningsförstärkning:

kti = Uout / Uin

där Uout är utgångskretsens spänning; — ingångskretsspänning.

Strömförstärkning ki Förhållandet mellan strömmen från utgångskretsen på Az-utgångsförstärkaren och strömmen i ingångskretsen Azv:

ki = Jag utanför / Azv

Av det sagda följer att elektriska maskinförstärkare kan ha en tillräckligt hög effektförstärkning (103 — 105). Lika viktigt för förstärkaren är dess prestanda, som kännetecknas av dess kretsars tidskonstanter.

De syftar till att få hög effektvinst och hög svarshastighet från en elektrisk maskinförstärkare, d.v.s. minsta möjliga tidskonstanter.

I automatiska styrsystem används elektriska maskinförstärkare som effektförstärkare och fungerar främst i transienta lägen under vilka betydande strömöverbelastningar uppstår. Därför är ett av kraven för en elektrisk maskinförstärkare god överbelastningskapacitet.

Tillförlitlighet och driftsstabilitet är bland de viktigaste kraven för en elektrisk maskinförstärkare.

Elektriska maskinförstärkare som används på flygplan och transportinstallationer bör vara så små och lätta som möjligt.

Inom industrin är de mest använda oberoende maskinförstärkare, självexciterade maskinförstärkare och tvärfältsmaskinförstärkare med stegdiameter.

Effektförstärkningsfaktorn för en oberoende EMU överstiger inte 100. För att öka effektförstärkningsfaktorn för EMU skapades självexciterade elektriska maskinförstärkare.

En strukturell EMU med självexcitering (EMUS) skiljer sig från en oberoende EMU endast genom att självexciteringslindningen placeras på sina magnetiseringspoler koaxiellt med styrlindningarna, vilka är kopplade parallellt med ankarlindningen eller i serie med denna.

Sådana förstärkare används huvudsakligen för att driva excitationslindningen hos generatorn i generator-motorsystemet, och i detta fall bestäms varaktigheten av transienten av generatorns tidskonstant.

Till skillnad från oberoende EMU:er och självexciterade EMU:er (EMUS), där det huvudsakliga excitationsflödet är det longitudinella magnetiska flödet riktat längs excitationspolerna, i transversella EMU:er, är det huvudsakliga excitationsflödet det tvärgående flödet från ankarreaktionen.

Den viktigaste statiska egenskapen hos cross-field EMU är effektförstärkningsfaktorn. En stor förstärkning erhålls på grund av det faktum att cross-field EMU är en tvåstegsförstärkare. Det första steget av förstärkning: kontrollspolen kortsluts till de tvärgående borstarna.Andra steget: kortsluten kedja av tvärgående borstar - utgående kedja av längsgående borstar. Därför är den totala effektförstärkningen kp = kp1kp2, där kpl är förstärkningen för det första steget; kp2 — förstärkningsfaktor för det andra steget.

Vid användning av förstärkare av elektriska maskiner i slutna automatiska styrsystem (stabilisatorer, regulatorer, spårningssystem) bör maskinen vara något underkompenserad (k = 0,97 ÷ 0,99), eftersom en falsk störning kommer att uppstå vid överkompensation i systemet under arbetet. uppstå på grund av den kvarvarande m.s.-kompensationsspolen, vilket kommer att leda till uppkomsten av självsvängningar i systemet.

Den totala effektvinsten för det tvärgående fältet EMU är proportionell mot den fjärde potensen av ankarets rotationshastighet, den magnetiska ledningsförmågan längs de tvärgående och längsgående axlarna och beror på förhållandet mellan resistanserna hos maskinlindningarna och belastningen.

Det följer att förstärkaren kommer att ha den högre effektförstärkningen, den mindre mättade magnetkretsen och den högre rotationshastigheten. Det är omöjligt att öka rotationshastigheten överdrivet, eftersom effekten av omkopplingsströmmar börjar öka avsevärt. Därför, med en överdriven ökning av hastigheten på grund av en ökning av omkopplingsströmmar, kommer effektförstärkningen inte att öka och kan till och med minska.

Användning av elektriska maskinförstärkare

Elektriska maskinförstärkare serietillverkas och används ofta i automatiska styrsystem och automatiserade elektriska drivningar.I generator-motorsystem är generatorn, och ofta excitern, väsentligen oberoende elektriska maskinförstärkare kopplade i kaskad. De vanligaste är tvärfältselektriska förstärkare. Dessa förstärkare har ett antal fördelar, de viktigaste är:

1) hög effektvinst.

2) låg ineffekt,

3) tillräcklig hastighet, det vill säga små tidskonstanter för förstärkarkretsarna. Spänningshöjningstiden från noll till det nominella värdet för industriella förstärkare med en effekt på 1-5 kW är 0,05-0,1 sek.

4) tillräcklig tillförlitlighet, hållbarhet och vida gränser för effektvariation,

5) möjligheten att ändra egenskaperna genom att ändra graden av kompensation, vilket gör det möjligt att erhålla de nödvändiga yttre egenskaperna.

Nackdelar med elektriska maskinförstärkare inkluderar:

1) relativt stora dimensioner och vikt jämfört med DC-generatorer med samma effekt, eftersom en omättad magnetisk krets används för att erhålla stora förstärkningar,

2) närvaron av kvarvarande stress på grund av hysteres. EMF inducerad i ankaret av restflödet magnetism, förvränger det linjära beroendet av utspänningen på ingångssignalen i området för små signaler och bryter mot det unika i beroendet av utgångsparametrarna för den elektriska maskinens förstärkare på ingångssignalerna när du ändrar polariteten för insignalen, eftersom ett flöde av kvarvarande magnetism med en konstant polaritet hos signalen kommer att öka styrflödet, och när polariteten för signalen ändrades, minskade det styrflödet.

Dessutom, under påverkan av den kvarvarande EMF från en elektrisk maskinförstärkare som arbetar i överkompensationsläge, med låg belastningsresistans och noll insignal, kan den självexcitera och förlora kontrollerbarhet. Detta fenomen förklaras av en okontrollerbar ökning av maskinens longitudinella magnetiska flöde, initialt lika med restmagnetismflödet, på grund av kompensationsspolens drivverkan.

För att neutralisera den skadliga effekten av flödet av restmagnetism i den elektriska maskinens förstärkare utförs växelströmsavmagnetisering och själva förstärkarna av de elektriska maskinerna placeras i automatiska system något otillräckligt.

Det bör noteras att med införandet av halvledaromvandlare, användningen av elektriska maskinförstärkare i det elektriska drivsystemet för en förstärkare (generator) av en elektrisk maskin - motorn har reducerats avsevärt.