Электромашинные усилители

Электромашинные усилители

В системах автоматики для управления мощными устройст­вами (мощностью до нескольких десятков киловатт) иногда при­меняют электромашинные усилители.

Электромашинным усилителем (ЭМУ) называется генератор постоянного тока, предназначенный для усиления по мощности сигнала, подаваемого на обмотку возбуждения. Одним из важней­ших показателей работы усилителя является его коэффициент усиления по мощности Кр, равный отношению выходной электрической мощности Рвых к входной мощности Pv, т. е. Кр = Рвых/Ру

Для увеличения коэффициента усиления необходимо увели­чивать число витков обмотки управления (возбуждения).

Генератор постоянного тока является простейшим электромашинным усилителем. На рис.1 приведена схема такого уси­лителя, применяемая для регулирования частоты вращения дви­гателя постоянного тока. Вспомогательный двигатель Ml вращает с постоянной частотой п0 якорь генератора G. В качестве вспомо­гательного двигателя используют, например, двигатель постоян­ного тока с возбуждением от постоянных магнитов с центробеж­ным вибрационным стабилизатором частоты вращения. Напря­жение, снимаемое с ЭМУ, подается на исполнительный двига­тель М2. Это напряжение пропорционально управляющему на­пряжению (Uу, подводимому к обмотке управления генератора.

Обмотка возбуждения исполнительного двигателя питается постоянным напряжением UB = const, создающим постоянный поток возбуждения. Частота вращения п исполнительного двига­теля в широких пределах пропорциональна напряжению, сни­маемому с якоря генератора, следовательно, пропорциональна и управляющему напряжению Uy при постоянной нагрузке на валу исполнительного двигателя. При Uy = 0 напряжение, поступаемое на двигатель М2, равно нулю, и двигатель не вращается. При смене знака напряжения Uy меняется знак поступающего на дви­гатель М2 напряжения, и он начнет вращаться в другую сторону.

Управляющее напряжение в этой схеме непосредственно не воздействует на якорную цепь исполнительного двигателя, и по­этому для управления требуется небольшая мощность.

В зависимости от способа возбуждения электромашинные уси-

	Рис, 64. Схема простейшего электромашин­ного усилителя для регулирования частоты вращения исполнительного двигателя

лители делят на ЭМУ продольного поля, в которых основной поток возбуждения направлен по продольной оси машины, и ЭМУ поперечного поля.

Схема однокаскадного усилителя про­дольного поля была рассмотрена на при­мере простейшего ЭМУ (см;, рис. 64). По аналогии со схемами генераторов такую схему называют схемой с независимым возбуж­дением. Мощность управления Р_у составляет примерно 1—3% выходной мощности ЭМУ. Следовательно, коэффициент усиления по мощности Кр электромашинного усилителя с независимым возбуждением составляет 30—100.

Можно соединить два ЭМУ так, чтобы первый был возбуди­телем второго. Такой усилитель называют двухкаскадным электро­машинным усилителем (рис. 65). Коэффициент усиления такого уси­лителя равен произведению коэффициентов усиления каждого кас­када: К_Р '= К_Р1К_Р2'

Увеличить коэффициент усиления можно введением положи­тельной обратной связи. Если в дополнение к независимому воз­буждению в ЭМУ ввести обмотку самовозбуждения, то к обмотке управления требуется подвести только часть энергии, необходимой для создания магнитного потока. Обмотку самовозбуждения с об­моткой якоря можно включать как параллельно, так и последо­вательно. Магнитный поток создается намагничивающими силами F_y и jF_cb обмоток управления и самовозбуждения.

Для того чтобы предотвратить самопроизвольное возбужде­ние электромашинного усилителя необходимо установить сопро­тивление цепи самовозбуждения несколько больше критического: тогда процесс самовозбуждения начнется только после подачи сигнала в обмотку управления.

Схема однокаскадного ЭМУ с самовозбуждением представлена на рис. 66, Коэффициент усиления такого усилителя достигает 600—800.

Стремление к дальнейшему увеличению коэффициента усиле­ния привело к созданию ЭМУ с поперечным полем. В обычной машине постоянного тока поперечная реакция якоря искажает поле главных полюсов и вызывает искрение щеток, поэтому при­нимают меры для ослабления поперечной реакции якоря. В машинах с поперечным полем поперечный поток реакции якоря ис­пользуется для получения ЭДС. Для этой

Рис. 66. Электромашинный усилитель продольного поля с самовозбуждением:

Wy ** обмотка управления; а»_св «~ обмотка самовозбужде­ния; R — резистор для регулирования режима самовоз» буждения

Рис. 67. Схема электромашинного уси­лителя с поперечным полем:

а — простейшая схема; б — схема с компенсационной обмоткой и обмоткой подмагничивания

цели на коллекторе двухпо­люсной машины устанавли­вают дополнительную пару щеток q — q, ось которых перпендикулярна оси основ­ных щеток d — d. Схема та­кого ЭМУ дана на рис. 67, а. Двигатель (обычно асинхрон­ный), вращающий с постоянной

скоростью генератор, на схе-

ме условно не показан. Обмотка w_y расположена на полюсах генератора. На нее подается управляющий ток /_у. В результате действия магнитодвижущей силы I_yw_y вдоль прЪдольной оси машины создается поток Ф^. Под действием этого потока в попереч­ной цепи наводится ЭДС поперечной цепи Е_д. Поперечная пара щеток q — q замкнута накоротко или через небольшое сопротивле­ние подмагничивающей обмотки w_n (рис. 67, б). Поэтому даже небольшая Е_д вызывает значительный ток I_qy который, проте­кая по обмотке якоря (на рис.,67, а не показана), создает.попереч­ный магнитный поток Ф^. Якорь, вращаясь в созданном самим собой поперечном магнитном поле, наводит £)ДС продольной цепи E_d. Под действием E_d в цепи нагрузки возникает ток I_d. Усиление такого ЭМУ будет тем больше чем, больший поперечный поток Ф^ будет создан небольшим продольным потоком Ф_а.

Поскольку усиление в ЭМУ поперечного поля происходит в два этапа, то такой усилитель представляет собой одноякорный двухступенчатый усилитель, у которого поток второй ступени создается поперечной реакцией якоря первой ступени. Отсюда и название—усилитель поперечного поля.

Усилитель, выполненный по схеме на рис. 67, а, работоспосо­бен только при небольших токах нагрузки I_d. Если к щеткам продольной цепи подключить нагрузку 7?_н, то через обмотку якоря пойдет ток I_d. Возникающая при этом реакция якоря направлена по продольной оси и действует навстречу управляю­щему потоку Ф_у.

Для компенсации продольной реакции якоря в ЭМУ с попе­речным полем на основных полюсах кроме управляющей обмотки помещают компенсационную обмотку w_K (рис. 67, б). Компенса­ционная обмотка включается последовательно в цепь нагрузки, нейтрализуя размагничивающее действие нагрузочного тока.

Поток реакции якоря Ф_р должен уравновешиваться потоком Ф_к компенсационной обмотки. При Ф_к < Ф_р машина недокомпен-сирована, и при большом токе нагрузки усиление падает (кривая / на рис, 68). При Ф_к < Ф_р машина перекомпенсирована, й чем