Elektromehanski ojačevalniki

Ojačevalnik je naprava, v kateri signal nizke moči (vhodna količina) nadzoruje relativno visoko moč (izhodna količina). V tem primeru je izhodna vrednost funkcija vhodnega signala, dobiček pa nastane zaradi energije zunanjega vira.

V ojačevalniki električnih strojev izhodno (krmiljeno) električno moč generirajo iz mehanske moči pogonskega motorja.

Elektromehanski ojačevalniki (EMU) so kolektorji enosmernega toka.

Glede na način vzbujanja se električni strojni ojačevalniki delijo na ojačevalnike vzdolžnega polja in ojačevalnike prečnega polja.

Ojačevalniki vzdolžnega polja, kjer je glavni vzbujevalni tok usmerjen vzdolž vzdolžne osi stroja, vključujejo:

1) neodvisni električni strojni ojačevalnik,

2) Ojačevalnik električnega stroja s samovzburjenjem,

3) dvostrojni ojačevalniki,

4) dvokolektorski električni strojni ojačevalnik,

5) dvo- in tristopenjski električni strojni ojačevalniki vzdolžnega polja

Ojačevalniki prečnega polja, pri katerih je glavni vzbujevalni tok usmerjen vzdolž prečne osi stroja, vključujejo:

1) Elektromehanski ojačevalniki z diametralnim korakom navitja armature,

2) električni strojni ojačevalniki s polovičnim premerom koraka armature,

3) Elektromehanski ojačevalniki z deljenim magnetnim sistemom.

Manjša kot je krmilna moč ojačevalnika električnega stroja, manjša je teža in dimenzije krmilne opreme. Zato je glavna značilnost dobiček. Razlikujte med močjo, tokom in napetostjo.

Povečanje moči ojačevalnika kp je razmerje med izhodno močjo Pout in vhodno močjo Pin pri delovanju v stabilnem stanju:

kp = moč / Pvx

Dobiček napetosti:

kti = Uout / Uin

kjer je Uout napetost izhodnega vezja; — napetost vhodnega tokokroga.

Tokovni dobiček ki Razmerje med tokom izhodnega vezja izhodnega ojačevalnika Az in tokom vhodnega vezja Azv:

ki = Jaz zunaj / Azv

Iz povedanega izhaja, da imajo električni strojni ojačevalniki lahko dovolj velik dobiček moči (103 — 105). Enako pomembna za ojačevalnik je njegova zmogljivost, ki jo označujejo časovne konstante njegovih vezij.

Prizadevajo si pridobiti visoko moč in visoko odzivno hitrost električnega strojnega ojačevalnika, tj. najmanjše možne časovne konstante.

V avtomatskih krmilnih sistemih se električni strojni ojačevalniki uporabljajo kot močnostni ojačevalniki in delujejo predvsem v prehodnih načinih, med katerimi pride do znatnih tokovnih preobremenitev. Zato je ena od zahtev za električni strojni ojačevalnik dobra preobremenitvena zmogljivost.

Zanesljivost in stabilnost delovanja sta med najpomembnejšimi zahtevami za električni strojni ojačevalnik.

Ojačevalniki električnih strojev, ki se uporabljajo na letalih in transportnih napravah, morajo biti čim manjši in lažji.

V industriji se najpogosteje uporabljajo neodvisni strojni ojačevalnik, strojni ojačevalnik s samovzbujanjem in strojni ojačevalnik s prečnim premerom koraka.

Faktor ojačenja moči neodvisne EMU ne presega 100. Za povečanje faktorja ojačenja moči EMU so bili ustvarjeni samovzbujeni električni strojni ojačevalniki.

Strukturni EMU s samovzbujanjem (EMUS) se od samostojnega EMU razlikuje le po tem, da je samovzbujalno navitje nameščeno na njegovih vzbujevalnih polih soosno s krmilnimi navitji, ki je vezano vzporedno z armaturnim navitjem ali zaporedno z njim.

Takšni ojačevalniki se uporabljajo predvsem za napajanje vzbujalnega navitja generatorja v sistemu generator-motor in v tem primeru trajanje prehodnega pojava določa časovna konstanta generatorja.

Za razliko od neodvisnih EMU in samovzbujenih EMU (EMUS), kjer je glavni vzbujevalni tok vzdolžni magnetni tok, usmerjen vzdolž vzbujevalnih polov, je pri EMU s prečnim poljem glavni vzbujevalni tok prečni tok iz reakcije armature.

Najpomembnejša statična značilnost navzkrižnega EMU je faktor povečanja moči. Velik dobiček je dosežen zaradi dejstva, da je EMU z navzkrižnim poljem dvostopenjski ojačevalnik. Prva stopnja ojačanja: krmilna tuljava je kratkostično povezana s prečnimi ščetkami.Druga stopnja: kratkostična veriga prečnih ščetk - izhodna veriga vzdolžnih ščetk. Zato je skupni dobiček moči kp = kp1kp2, kjer je kp1 dobiček 1. stopnje; kp2 - faktor ojačanja 2. stopnje.

Pri uporabi ojačevalnikov električnih strojev v zaprtih avtomatskih krmilnih sistemih (stabilizatorji, regulatorji, sledilni sistemi) mora biti stroj nekoliko premalo kompenziran (k = 0,97 ÷ 0,99), saj bo v primeru prekomerne kompenzacije v sistemu med delom prišlo do lažne motnje. pojavijo zaradi preostale m.s. kompenzacijske tuljave, kar bo povzročilo pojav lastnih nihanj v sistemu.

Celoten prirast moči EMU prečnega polja je sorazmeren s četrto potenco hitrosti vrtenja armature, magnetne prevodnosti vzdolž prečne in vzdolžne osi ter odvisen od razmerja uporov navitij stroja in obremenitve.

Iz tega sledi, da bo imel ojačevalnik večje ojačenje moči, manj nasičeno magnetno vezje in večjo hitrost njegovega vrtenja. Nemogoče je pretirano povečati hitrost vrtenja, ker se učinek preklopnih tokov začne močno povečevati. Zato se s prekomernim povečanjem hitrosti zaradi povečanja preklopnih tokov dobiček moči ne bo povečal in se lahko celo zmanjša.

Uporaba električnih strojnih ojačevalnikov

Ojačevalniki električnih strojev so serijsko izdelani in se pogosto uporabljajo v avtomatskih krmilnih sistemih in avtomatiziranih električnih pogonih.V sistemih generator-motor sta generator in pogosto vzbujevalnik v bistvu neodvisna kaskadno povezana ojačevalnika električnega stroja. Najpogostejši so električni ojačevalniki s prečnim poljem. Ti ojačevalniki imajo številne prednosti, med katerimi so glavne:

1) velik dobiček moči.

2) nizka vhodna moč,

3) zadostna hitrost, to je majhne časovne konstante ojačevalnih vezij. Čas dviga napetosti od nič do nazivne vrednosti za industrijske ojačevalnike z močjo 1-5 kW je 0,05-0,1 s,

4) zadostna zanesljivost, vzdržljivost in široke meje variacije moči,

5) možnost spreminjanja lastnosti s spreminjanjem stopnje kompenzacije, kar omogoča pridobitev potrebnih zunanjih značilnosti.

Pomanjkljivosti električnih strojnih ojačevalnikov vključujejo:

1) sorazmerno velike dimenzije in teža v primerjavi z generatorji DC enake moči, saj se za doseganje velikih dobičkov uporablja nenasičeno magnetno vezje,

2) prisotnost preostale napetosti zaradi histereze. EMF, ki ga v armaturi povzroči preostali tok magnetizem, izkrivlja linearno odvisnost izhodne napetosti od vhodnega signala v območju majhnih signalov in krši edinstvenost odvisnosti izhodnih parametrov ojačevalnikov električnega stroja od vhodnih pri spreminjanju polarnosti vhodnega signala, ker bo tok preostalega magnetizma s konstantno polarnostjo signala povečal krmilni tok, ko se je polarnost signala spremenila, pa je zmanjšal kontrolni tok.

Poleg tega se lahko pod vplivom preostalega EMF ojačevalnika električnega stroja, ki deluje v načinu prekomerne kompenzacije, z nizko obremenitveno upornostjo in ničelnim vhodnim signalom, samovzbuja in izgubi nadzor. Ta pojav je razložen z nenadzorovanim povečanjem vzdolžnega magnetnega pretoka stroja, ki je na začetku enak preostalemu magnetnemu toku, zaradi pogonskega delovanja kompenzacijske tuljave.

Da bi nevtralizirali škodljiv učinek pretoka preostalega magnetizma v ojačevalniku električnega stroja, se izvede demagnetizacija izmeničnega toka, sami ojačevalniki električnih strojev pa so nekoliko premalo nameščeni v avtomatskih sistemih.

Opozoriti je treba, da se je z uvedbo polprevodniških pretvornikov znatno zmanjšala uporaba ojačevalnikov električnih strojev v sistemu električnega pogona ojačevalnika (generatorja) električnega stroja - motorja.