Elektromechanické zosilňovače

Zosilňovač je zariadenie, v ktorom signál s nízkym výkonom (vstupné množstvo) riadi relatívne vysoký výkon (výstupné množstvo). V tomto prípade je výstupná hodnota funkciou vstupného signálu a zosilnenie nastáva v dôsledku energie externého zdroja.

Výstupný (riadený) elektrický výkon V zosilňovačov elektrických strojov sa generuje z mechanického výkonu hnacieho motora.

Elektromechanické zosilňovače (EMU) sú jednosmerné kolektorové stroje.

Podľa spôsobu budenia sa zosilňovače elektrických strojov delia na zosilňovače pozdĺžneho poľa a zosilňovače priečneho poľa.

Zosilňovače pozdĺžneho poľa, kde je hlavný budiaci tok nasmerovaný pozdĺž pozdĺžnej osi stroja, zahŕňajú:

1) nezávislý zosilňovač elektrického stroja,

2) Zosilňovač elektrického stroja s vlastným budením,

3) dvojstrojové zosilňovače,

4) dvojzberný zosilňovač elektrického stroja,

5) dvoj- a trojstupňové elektrické strojové zosilňovače pozdĺžneho poľa

Zosilňovače priečneho poľa, v ktorých je hlavný budiaci tok nasmerovaný pozdĺž priečnej osi stroja, zahŕňajú:

1) Elektromechanické zosilňovače s diametrálnym rozstupom vinutia kotvy,

2) zosilňovače elektrického stroja s polovičným priemerom kotvy,

3) Elektromechanické zosilňovače s deleným magnetickým systémom.

Čím nižší je riadiaci výkon zosilňovača elektrického stroja, tým menšia je hmotnosť a rozmery riadiaceho zariadenia. Preto je hlavnou charakteristikou zisk. Rozlišujte medzi zosilnením výkonu, zosilnením prúdu a zosilnením napätia.

Zosilnenie zosilňovača kp je pomer výstupného výkonu Pout k pinu vstupného výkonu v ustálenom stave:

kp = Výkon / Pvx

Zosilnenie napätia:

kti = Uout / Uin

kde Uout je napätie výstupného obvodu; — napätie vstupného obvodu.

Prúdové zosilnenie ki Pomer prúdu výstupného obvodu výstupného zosilňovača Az k prúdu vstupného obvodu Azv:

ki = Ja vonku / Azv

Z toho, čo bolo povedané, vyplýva, že zosilňovače elektrických strojov môžu mať dostatočne vysoký výkonový zisk (103 — 105). Pre zosilňovač je rovnako dôležitý jeho výkon, charakterizovaný časovými konštantami jeho obvodov.

Ich cieľom je získať vysoký výkonový zisk a vysokú rýchlosť odozvy zo zosilňovača elektrického stroja, t.j. najmenšie možné časové konštanty.

V automatických riadiacich systémoch sa zosilňovače elektrických strojov používajú ako výkonové zosilňovače a pracujú predovšetkým v prechodových režimoch, počas ktorých dochádza k významnému prúdovému preťaženiu. Preto je jednou z požiadaviek na zosilňovač elektrického stroja dobrá kapacita preťaženia.

Spoľahlivosť a stabilita prevádzky patria medzi najdôležitejšie požiadavky na zosilňovač elektrického stroja.

Elektrické strojové zosilňovače používané v lietadlách a dopravných zariadeniach by mali byť čo najmenšie a najľahšie.

V priemysle sú najpoužívanejšie nezávislý strojový zosilňovač, strojový zosilňovač s vlastným budením a strojový zosilňovač s krokovým priemerom krížového poľa.

Výkonový zosilňovací faktor nezávislej EMU nepresahuje 100. Na zvýšenie výkonového zosilňovacieho činiteľa EMU boli vytvorené samobudiace zosilňovače elektrického stroja.

Konštrukčná EMU s vlastným budením (EMUS) sa od nezávislej EMU líši len tým, že samobudiace vinutie je na svojich budiacich póloch umiestnené koaxiálne s riadiacimi vinutiami, ktoré je zapojené paralelne s vinutím kotvy alebo s ním sériovo.

Takéto zosilňovače sa používajú hlavne na napájanie budiaceho vinutia generátora v systéme generátor-motor a v tomto prípade je trvanie prechodového javu určené časovou konštantou generátora.

Na rozdiel od nezávislých EMU a samobudených EMU (EMUS), kde je hlavným budiacim tokom pozdĺžny magnetický tok smerovaný pozdĺž budiacich pólov, v EMU s priečnym poľom je hlavným budiacim tokom priečny tok z reakcie kotvy.

Najdôležitejšou statickou charakteristikou cross-field EMU je faktor zosilnenia výkonu. Veľký zisk je dosiahnutý vďaka skutočnosti, že cross-field EMU je dvojstupňový zosilňovač. Prvý stupeň zosilnenia: riadiaca cievka je skratovaná na priečne kefy.Druhá etapa: skratovaná reťaz priečnych kief - výstupná reťaz pozdĺžnych kief. Celkové zosilnenie výkonu je teda kp = kp1kp2, kde kp1 je zosilnenie 1. stupňa; kp2 — faktor zosilnenia 2. stupňa.

Pri použití zosilňovačov elektrických strojov v uzavretých automatických riadiacich systémoch (stabilizátory, regulátory, sledovacie systémy) by mal byť stroj mierne podkompenzovaný (k = 0,97 ÷ 0,99), pretože v prípade nadmernej kompenzácie v systéme počas práce dôjde k falošnému rušeniu. sa vyskytujú v dôsledku zvyškovej m.s. kompenzačnej cievky, čo povedie k výskytu vlastných oscilácií v systéme.

Celkové zosilnenie výkonu priečneho poľa EMU je úmerné štvrtej mocnine rýchlosti otáčania kotvy, magnetickej vodivosti pozdĺž priečnej a pozdĺžnej osi a závisí od pomeru odporov vinutí stroja a zaťaženia.

Z toho vyplýva, že zosilňovač bude mať väčší výkonový zisk, tým menej nasýtený magnetický obvod a tým vyššiu rýchlosť jeho rotácie. Nie je možné nadmerne zvýšiť rýchlosť otáčania, pretože sa začína výrazne zvyšovať účinok spínacích prúdov. Preto pri nadmernom zvýšení rýchlosti v dôsledku zvýšenia spínacích prúdov sa príkon nezvýši a môže dokonca klesnúť.

Aplikácia zosilňovačov elektrických strojov

Elektrické strojové zosilňovače sú sériovo vyrábané a široko používané v automatických riadiacich systémoch a automatizovaných elektrických pohonoch.V systémoch generátor-motor sú generátor a často aj budič v podstate nezávislé zosilňovače elektrického stroja zapojené do kaskády. Najbežnejšie sú elektrické zosilňovače s priečnym poľom. Tieto zosilňovače majú množstvo výhod, z ktorých hlavné sú:

1) vysoký príkon.

2) nízky vstupný výkon,

3) dostatočná rýchlosť, to znamená malé časové konštanty zosilňovacích obvodov. Čas nárastu napätia z nuly na nominálnu hodnotu pre priemyselné zosilňovače s výkonom 1-5 kW je 0,05-0,1 s,

4) dostatočná spoľahlivosť, životnosť a široké limity kolísania výkonu,

5) možnosť zmeny charakteristík zmenou stupňa kompenzácie, čo umožňuje získať potrebné vonkajšie charakteristiky.

Nevýhody zosilňovačov elektrických strojov zahŕňajú:

1) relatívne veľké rozmery a hmotnosť v porovnaní s jednosmernými generátormi s rovnakým výkonom, pretože na získanie veľkých ziskov sa používa nenasýtený magnetický obvod,

2) prítomnosť zvyškového napätia v dôsledku hysterézy. EMF indukované v kotve zvyškovým tokom magnetizmusskresľuje lineárnu závislosť výstupného napätia od vstupného signálu v oblasti malých signálov a porušuje jednoznačnosť závislosti výstupných parametrov zosilňovačov elektrického stroja od vstupných pri zmene polarity vstupného signálu, pretože tok zvyškového magnetizmu s konštantnou polaritou signálu zvýši riadiaci tok a keď sa zmení polarita signálu, zníži riadiaci tok.

Navyše, pod vplyvom zvyškového EMF zosilňovača elektrického stroja pracujúceho v režime nadmernej kompenzácie, s nízkym zaťažovacím odporom a nulovým vstupným signálom, sa môže samovzbudiť a stratiť ovládateľnosť. Tento jav sa vysvetľuje nekontrolovateľným zvýšením pozdĺžneho magnetického toku stroja, ktorý sa spočiatku rovná zvyškovému magnetickému toku, v dôsledku hnacej činnosti kompenzačnej cievky.

Aby sa neutralizoval škodlivý účinok toku zvyškového magnetizmu v zosilňovači elektrického stroja, vykonáva sa demagnetizácia striedavým prúdom a samotné zosilňovače elektrických strojov sú umiestnené v automatických systémoch trochu nedostatočne.

Je potrebné poznamenať, že zavedením polovodičových meničov sa výrazne obmedzilo používanie zosilňovačov elektrického stroja v systéme elektrického pohonu zosilňovača (generátora) elektrického stroja.