Elektromekaniske forstærkere

En forstærker er en enhed, hvor et laveffektsignal (inputmængde) styrer en relativt høj effekt (outputmængde). I dette tilfælde er udgangsværdien en funktion af indgangssignalet, og forstærkningen opstår på grund af energien fra en ekstern kilde.

V-forstærkere af elektriske maskiner output (kontrolleret) elektrisk effekt genereres fra den mekaniske kraft fra drivmotoren.

Elektromekaniske forstærkere (EMU'er) er DC-kollektormaskiner.

Afhængigt af excitationsmetoden er elektriske maskinforstærkere opdelt i langsgående feltforstærkere og tværgående feltforstærkere.

Længdefeltforstærkere, hvor den vigtigste excitationsflux er rettet langs maskinens længdeakse, omfatter:

1) uafhængig elektrisk maskinforstærker,

2) Selvspændt elektrisk maskinforstærker,

3) to-maskine forstærkere,

4) to-kollektor elektrisk maskinforstærker,

5) to- og tretrins elektriske maskinforstærkere af det langsgående felt

Tværgående feltforstærkere, hvor den primære excitationsflux er rettet langs maskinens tværgående akse, inkluderer:

1) Elektromekaniske forstærkere med en diametral stigning af ankerviklingen,

2) halv-diameter anker pitch elektriske maskine forstærkere,

3) Elektromekaniske forstærkere med delt magnetisk system.

Jo lavere styreeffekten af ​​den elektriske maskinforstærker, jo mindre vægt og dimensioner af kontroludstyret. Derfor er hovedkarakteristikken profit. Der skelnes mellem effektforstærkning, strømforstærkning og spændingsforstærkning.

Forstærkerens effektforstærkning kp er forholdet mellem udgangseffekten Pout og indgangseffekten Pin i steady-state drift:

kp = Poutput / Pvx

Spændingsforstærkning:

kti = Uout / Uin

hvor Uout er udgangskredsløbsspændingen; — indgangskredsløbsspænding.

Strømforstærkning ki Forholdet mellem strømmen af ​​udgangskredsløbet på Az-udgangsforstærkeren og strømmen af ​​indgangskredsløbet Azv:

ki = Mig udenfor / Azv

Det følger af det sagte, at elektriske maskinforstærkere kan have en tilstrækkelig høj effektforstærkning (103 — 105). Lige så vigtig for forstærkeren er dens ydeevne, kendetegnet ved tidskonstanter for dens kredsløb.

De sigter mod at opnå høj effektforstærkning og høj responshastighed fra en elektrisk maskinforstærker, dvs. mindst mulige tidskonstanter.

I automatiske styresystemer bruges elektriske maskinforstærkere som effektforstærkere og fungerer primært i transiente tilstande, hvor der opstår betydelige strømoverbelastninger. Derfor er et af kravene til en elektrisk maskinforstærker god overbelastningskapacitet.

Driftssikkerhed og driftsstabilitet er blandt de vigtigste krav til en elektrisk maskinforstærker.

Elektriske maskinforstærkere, der bruges på fly- og transportinstallationer, skal være så små og lette som muligt.

I industrien er de mest udbredte uafhængige maskinforstærkere, selv-exciterede maskinforstærkere og trin-diameter krydsfelt maskinforstærker.

Effektforstærkningsfaktoren for en uafhængig EMU overstiger ikke 100. For at øge EMU'ens effektforstærkningsfaktor blev der skabt selvophidsede elektriske maskinforstærkere.

En strukturel EMU med selvmagnetisering (EMUS) adskiller sig kun fra en uafhængig EMU ved, at selvmagnetiseringsviklingen er placeret på sine magnetiseringspoler koaksialt med styreviklingerne, som er forbundet parallelt med ankerviklingen eller i serie med denne.

Sådanne forstærkere bruges hovedsageligt til at drive excitationsviklingen af ​​generatoren i generator-motorsystemet, og i dette tilfælde bestemmes varigheden af ​​transienten af ​​generatorens tidskonstant.

I modsætning til uafhængige EMU'er og selv-exciterede EMU'er (EMUS), hvor den vigtigste excitationsflux er den langsgående magnetiske flux rettet langs excitationspolerne, i tværfelts EMU'er, er den vigtigste excitationsflux den tværgående flux fra ankerreaktionen.

Den vigtigste statiske egenskab ved krydsfelt-ØMU'en er effektforstærkningsfaktoren. En stor forstærkning opnås på grund af det faktum, at krydsfelt-EMU er en to-trins forstærker. Det første trin i forstærkningen: kontrolspolen kortsluttes til de tværgående børster.Andet trin: kortsluttet kæde af tværgående børster - udgangskæde af langsgående børster. Derfor er den samlede effektforstærkning kp = kp1kp2, hvor kp1 er forstærkningen af ​​1. trin; kp2 — amplifikationsfaktor for 2. trin.

Ved brug af forstærkere af elektriske maskiner i lukkede automatiske styresystemer (stabilisatorer, regulatorer, sporingssystemer), bør maskinen være en smule underkompenseret (k = 0,97 ÷ 0,99), da der i tilfælde af overkompensation i systemet under arbejdet vil en falsk forstyrrelse vil opstå på grund af den resterende m.s.-kompensationsspole, hvilket vil føre til, at der opstår selvsvingninger i systemet.

Den samlede effektforstærkning af det tværgående felt EMU er proportional med den fjerde potens af ankerets rotationshastighed, den magnetiske ledningsevne langs de tværgående og langsgående akser og afhænger af forholdet mellem modstandene af maskinviklingerne og belastningen.

Det følger heraf, at forstærkeren vil have den højere effektforstærkning, det mindre mættede magnetiske kredsløb og dens højere rotationshastighed. Det er umuligt at øge omdrejningshastigheden for meget, fordi effekten af ​​skiftestrømme begynder at stige betydeligt. Derfor, med en overdreven stigning i hastigheden på grund af en stigning i skiftestrømme, vil effektforstærkningen ikke stige og kan endda falde.

Anvendelse af elektriske maskinforstærkere

Elektriske maskinforstærkere masseproduceres og anvendes i vid udstrækning i automatiske styresystemer og automatiserede elektriske drev.I generator-motorsystemer er generatoren, og ofte exciteren, i det væsentlige uafhængige elektriske maskinforstærkere forbundet i kaskade. De mest almindelige er tværfelt elektriske forstærkere. Disse forstærkere har en række fordele, hvoraf de vigtigste er:

1) høj effektforøgelse.

2) lav indgangseffekt,

3) tilstrækkelig hastighed, det vil sige små tidskonstanter for forstærkerkredsløbene. Spændingsstigningstiden fra nul til den nominelle værdi for industrielle forstærkere med en effekt på 1-5 kW er 0,05-0,1 sek.

4) tilstrækkelig pålidelighed, holdbarhed og vide grænser for effektvariation,

5) muligheden for at ændre egenskaberne ved at ændre kompensationsgraden, hvilket gør det muligt at opnå de nødvendige ydre karakteristika.

Ulemper ved elektriske maskinforstærkere inkluderer:

1) relativt store dimensioner og vægt sammenlignet med DC-generatorer af samme effekt, da et umættet magnetisk kredsløb bruges til at opnå store gevinster,

2) tilstedeværelsen af ​​resterende stress på grund af hysterese. EMF induceret i armaturet af den resterende flux magnetisme, forvrænger den lineære afhængighed af udgangsspændingen på indgangssignalet i området for små signaler og krænker det unikke af afhængigheden af ​​udgangsparametrene for forstærkerne på den elektriske maskine af indgangssignalerne, når indgangssignalets polaritet ændres, da en flux af resterende magnetisme med en konstant polaritet af signalet vil øge kontrolflowet, og når polariteten af ​​signalet ændrede sig, mindskede det kontrolflowet.

Derudover kan den under påvirkning af den resterende EMF fra en elektrisk maskinforstærker, der arbejder i overkompensationstilstand, med lav belastningsmodstand og nul inputsignal, selv excitere og miste kontrollerbarhed. Dette fænomen forklares ved en ukontrollerbar stigning i maskinens langsgående magnetiske flux, i begyndelsen lig med restmagnetismefluxen, på grund af kompensationsspolens drivvirkning.

For at neutralisere den skadelige effekt af strømmen af ​​restmagnetisme i den elektriske maskines forstærker udføres vekselstrømsafmagnetisering, og selve de elektriske maskiners forstærkere placeres i automatiske systemer noget utilstrækkeligt.

Det skal bemærkes, at med introduktionen af ​​halvlederkonvertere er brugen af ​​elektriske maskinforstærkere i det elektriske drivsystem af en forstærker (generator) af en elektrisk maskine - motoren er blevet betydeligt reduceret.