Elektromehāniskie pastiprinātāji

Pastiprinātājs ir ierīce, kurā mazjaudas signāls (ieejas daudzums) kontrolē salīdzinoši lielu jaudu (izejas daudzumu). Šajā gadījumā izejas vērtība ir ieejas signāla funkcija, un pastiprinājums rodas ārēja avota enerģijas dēļ.

Elektrisko mašīnu V pastiprinātāju izejas (vadāmā) elektriskā jauda tiek ģenerēta no piedziņas motora mehāniskās jaudas.

Elektromehāniskie pastiprinātāji (EMU) ir līdzstrāvas kolektoru iekārtas.

Atkarībā no ierosmes metodes elektrisko mašīnu pastiprinātājus iedala garenvirziena lauka pastiprinātājos un šķērslauka pastiprinātājos.

Garenvirziena lauka pastiprinātāji, kuros galvenā ierosmes plūsma ir vērsta pa iekārtas garenisko asi, ietver:

1) neatkarīgs elektriskās mašīnas pastiprinātājs,

2) Pašuzbudināms elektriskās mašīnas pastiprinātājs,

3) divu mašīnu pastiprinātāji,

4) divu kolektoru elektriskās mašīnas pastiprinātājs,

5) divu un trīs pakāpju garenlauka elektrisko mašīnu pastiprinātāji

Šķērsvirziena lauka pastiprinātāji, kuros galvenā ierosmes plūsma ir vērsta pa mašīnas šķērsasi, ietver:

1) elektromehāniskie pastiprinātāji ar armatūras tinuma diametrālo soli,

2) pusdiametra armatūras soļa elektrisko mašīnu pastiprinātāji,

3) Elektromehāniskie pastiprinātāji ar dalītu magnētisko sistēmu.

Jo mazāka ir elektriskās mašīnas pastiprinātāja vadības jauda, ​​jo mazāks ir vadības aprīkojuma svars un izmēri. Tāpēc galvenā īpašība ir peļņa. Atšķiriet jaudas pieaugumu, strāvas pastiprinājumu un sprieguma pieaugumu.

Pastiprinātāja jaudas pieaugums kp ir izejas jaudas Pout attiecība pret ievades jaudu Pin līdzsvara režīmā:

kp = Poutput / Pvx

Sprieguma pieaugums:

kti = Uout / Uin

kur Uout ir izejas ķēdes spriegums; — ieejas ķēdes spriegums.

Strāvas pastiprinājums ki Izejas pastiprinātāja Az izejas ķēdes strāvas attiecība pret ieejas ķēdes Azv strāvu:

ki = Es ārpusē / Azv

No teiktā izriet, ka elektrisko mašīnu pastiprinātājiem var būt pietiekami liels jaudas pieaugums (103 — 105). Vienlīdz svarīgi pastiprinātājam ir tā veiktspēja, ko raksturo tā ķēžu laika konstantes.

To mērķis ir iegūt lielu jaudas pieaugumu un lielu reakcijas ātrumu no elektriskās mašīnas pastiprinātāja, t.i. mazākās iespējamās laika konstantes.

Automātiskās vadības sistēmās elektrisko mašīnu pastiprinātājus izmanto kā jaudas pastiprinātājus, un tie galvenokārt darbojas pārejas režīmos, kuru laikā rodas ievērojamas strāvas pārslodzes. Tāpēc viena no prasībām elektriskās mašīnas pastiprinātājam ir laba pārslodzes jauda.

Darbības uzticamība un stabilitāte ir vienas no svarīgākajām prasībām elektriskās mašīnas pastiprinātājam.

Elektrisko mašīnu pastiprinātājiem, ko izmanto lidmašīnās un transporta iekārtās, jābūt pēc iespējas mazākiem un vieglākiem.

Rūpniecībā visplašāk izmanto neatkarīgo mašīnu pastiprinātāju, pašiniciatīvas mašīnu pastiprinātāju un pakāpiena diametra šķērslauka mašīnas pastiprinātāju.

Neatkarīgas EMS jaudas pastiprināšanas koeficients nepārsniedz 100. Lai palielinātu EMS jaudas pastiprināšanas koeficientu, tika izveidoti pašierosmes elektrisko mašīnu pastiprinātāji.

Strukturāls EMS ar pašiedvesmu (EMUS) no neatkarīgas EMS atšķiras tikai ar to, ka uz tā ierosmes poliem ir uzlikts pašiedvesmas tinums koaksiāli ar vadības tinumiem, kas ir savienots paralēli armatūras tinumam vai virknē ar to.

Šādus pastiprinātājus galvenokārt izmanto, lai darbinātu ģeneratora ierosmes tinumu ģeneratora-motora sistēmā, un šajā gadījumā pārejas ilgumu nosaka ģeneratora laika konstante.

Atšķirībā no neatkarīgiem EMU un paš ierosmes EMU (EMUS), kur galvenā ierosmes plūsma ir gareniskā magnētiskā plūsma, kas virzīta gar ierosmes poliem, šķērseniskā lauka EMU galvenā ierosmes plūsma ir šķērsvirziena plūsma no armatūras reakcijas.

Svarīgākais šķērslauka EMS statiskais raksturlielums ir jaudas pieauguma koeficients. Liels ieguvums tiek iegūts, pateicoties tam, ka šķērslauka EMU ir divpakāpju pastiprinātājs. Pirmais pastiprināšanas posms: vadības spole ir īssavienota ar šķērsvirziena sukām.Otrais posms: īsslēgta šķērsenisko suku ķēde - garenisko suku izejas ķēde. Tāpēc kopējais jaudas pieaugums ir kp = kp1kp2, kur kp1 ir 1. posma pastiprinājums; kp2 — 2. pakāpes pastiprināšanas koeficients.

Izmantojot elektrisko mašīnu pastiprinātājus slēgtās automātiskās vadības sistēmās (stabilizatoros, regulatoros, izsekošanas sistēmās), iekārtai jābūt nedaudz nepietiekamai kompensētai (k = 0,97 ÷ 0,99), jo pārkompensācijas gadījumā sistēmā darba laikā radīsies viltus traucējumi. rodas atlikušās m.s. kompensācijas spoles dēļ, kas novedīs pie pašsvārstību rašanās sistēmā.

Šķērsvirziena lauka EMU kopējais jaudas pieaugums ir proporcionāls armatūras griešanās ātruma ceturtajai jaudai, magnētiskajai vadītspējai pa šķērsvirziena un garenvirziena asi, un tas ir atkarīgs no mašīnas tinumu pretestības un slodzes attiecības.

No tā izriet, ka pastiprinātājam būs lielāks jaudas pieaugums, mazāk piesātināta magnētiskā ķēde un lielāks tā griešanās ātrums. Pārmērīgi palielināt griešanās ātrumu nav iespējams, jo pārslēgšanas strāvu ietekme sāk ievērojami palielināties. Tāpēc, pārmērīgi palielinot ātrumu pārslēgšanas strāvu palielināšanās dēļ, jaudas pieaugums nepalielināsies un var pat samazināties.

Elektrisko mašīnu pastiprinātāju pielietojums

Elektrisko mašīnu pastiprinātājus ražo masveidā un plaši izmanto automātiskās vadības sistēmās un automatizētās elektriskajās piedziņās.Ģeneratoru-motoru sistēmās ģenerators un bieži arī ierosinātājs būtībā ir neatkarīgi elektrisko mašīnu pastiprinātāji, kas savienoti kaskādē. Visizplatītākie ir šķērslauka elektriskie pastiprinātāji. Šiem pastiprinātājiem ir vairākas priekšrocības, no kurām galvenās ir:

1) liels jaudas pieaugums.

2) zema ieejas jauda,

3) pietiekams ātrums, tas ir, mazas pastiprinātāja ķēžu laika konstantes. Sprieguma pieauguma laiks no nulles līdz nominālvērtībai rūpnieciskajiem pastiprinātājiem ar jaudu 1-5 kW ir 0,05-0,1 sek.

4) pietiekama uzticamība, izturība un plašas jaudas variācijas robežas,

5) iespēja mainīt raksturlielumus, mainot kompensācijas pakāpi, kas dod iespēju iegūt nepieciešamās ārējās īpašības.

Elektrisko mašīnu pastiprinātāju trūkumi ietver:

1) salīdzinoši lieli izmēri un svars salīdzinājumā ar tādas pašas jaudas līdzstrāvas ģeneratoriem, jo ​​​​lielu pastiprinājumu iegūšanai tiek izmantota nepiesātināta magnētiskā ķēde,

2) atlikušā sprieguma klātbūtne histerēzes dēļ. EML, ko enkurā izraisa atlikušā plūsma magnētisms, izkropļo izejas sprieguma lineāro atkarību no ieejas signāla mazo signālu reģionā un pārkāpj elektriskās mašīnas pastiprinātāju izejas parametru atkarības unikalitāti no ieejas parametriem, mainot ieejas signāla polaritāti, tā kā atlikušā magnētisma plūsma ar nemainīgu signāla polaritāti palielinās vadības plūsmu, un, mainoties signāla polaritātei, tā samazināja kontroles plūsmu.

Turklāt elektriskās mašīnas pastiprinātāja, kas darbojas pārmērīgas kompensācijas režīmā, ar zemu slodzes pretestību un nulles ieejas signālu, atlikušā EMF ietekmē tas var pašam uzbudināties un zaudēt vadāmību. Šī parādība ir izskaidrojama ar nekontrolējamu mašīnas gareniskās magnētiskās plūsmas palielināšanos, kas sākotnēji ir vienāda ar atlikušo magnētisma plūsmu, pateicoties kompensācijas spoles virzošajai darbībai.

Lai neitralizētu atlikušā magnētisma plūsmas kaitīgo ietekmi elektriskās mašīnas pastiprinātājā, tiek veikta maiņstrāvas demagnetizācija, un paši elektrisko mašīnu pastiprinātāji tiek ievietoti automātiskajās sistēmās nedaudz nepietiekami.

Jāpiebilst, ka līdz ar pusvadītāju pārveidotāju ieviešanu elektromašīnas pastiprinātāja (ģeneratora) elektriskās piedziņas sistēmā ir būtiski samazināta elektrisko mašīnu pastiprinātāju izmantošana — dzinējs.