Elektromechaniniai stiprintuvai

Stiprintuvas yra įrenginys, kuriame mažos galios signalas (įvesties kiekis) valdo santykinai didelę galią (išėjimo kiekį). Šiuo atveju išvesties vertė yra įvesties signalo funkcija, o stiprinimas atsiranda dėl išorinio šaltinio energijos.

Elektrinių mašinų V stiprintuvų išėjimo (valdoma) elektros galia generuojama iš pavaros variklio mechaninės galios.

Elektromechaniniai stiprintuvai (EMU) yra nuolatinės srovės kolektoriaus mašinos.

Priklausomai nuo sužadinimo būdo, elektrinių mašinų stiprintuvai skirstomi į išilginio lauko ir skersinio lauko stiprintuvus.

Išilginio lauko stiprintuvai, kurių pagrindinis sužadinimo srautas nukreipiamas išilgai mašinos išilginės ašies, apima:

1) nepriklausomas elektros mašinos stiprintuvas,

2) savaime sužadinamas elektrinio mašinos stiprintuvas,

3) dviejų mašinų stiprintuvai,

4) dviejų kolektorių elektrinės mašinos stiprintuvas,

5) dviejų ir trijų pakopų išilginio lauko elektrinių mašinų stiprintuvai

Skersinio lauko stiprintuvai, kuriuose pagrindinis sužadinimo srautas nukreipiamas išilgai mašinos skersinės ašies, apima:

1) Elektromechaniniai stiprintuvai su diametraliu armatūros apvijos žingsniu,

2) pusės skersmens armatūros žingsnio elektrinių mašinų stiprintuvai,

3) Elektromechaniniai stiprintuvai su padalijama magnetine sistema.

Kuo mažesnė elektros mašinos stiprintuvo valdymo galia, tuo mažesnis valdymo įrangos svoris ir matmenys. Todėl pagrindinė savybė yra pelnas. Atskirkite galios padidėjimą, srovės stiprinimą ir įtampos padidėjimą.

Stiprintuvo galios padidėjimas kp yra išėjimo galios Pout ir įvesties galios Pin santykis pastovioje būsenoje:

kp = Poutput / Pvx

Įtampos padidėjimas:

kti = Uout / Uin

čia Uout – išėjimo grandinės įtampa; — įėjimo grandinės įtampa.

Srovės stiprinimas ki Az išėjimo stiprintuvo išėjimo grandinės srovės ir įvesties grandinės Azv srovės santykis:

ki = Aš lauke / Azv

Iš to, kas pasakyta, išplaukia, kad elektrinių mašinų stiprintuvai gali turėti pakankamai didelį galios padidėjimą (103–105). Ne mažiau svarbus stiprintuvui yra jo veikimas, kuriam būdingos jo grandinių laiko konstantos.

Jomis siekiama gauti didelį galios padidėjimą ir didelį atsako greitį iš elektros mašinos stiprintuvo, t.y. mažiausios įmanomos laiko konstantos.

Automatinėse valdymo sistemose elektrinių mašinų stiprintuvai naudojami kaip galios stiprintuvai ir pirmiausia veikia pereinamaisiais režimais, kurių metu susidaro didelės srovės perkrovos. Todėl vienas iš reikalavimų elektros mašinų stiprintuvui yra gera perkrovos talpa.

Veikimo patikimumas ir stabilumas yra vieni iš svarbiausių reikalavimų, keliamų elektros mašinų stiprintuvui.

Orlaiviuose ir transporto įrenginiuose naudojami elektrinių mašinų stiprintuvai turi būti kuo mažesni ir lengvesni.

Pramonėje plačiausiai naudojami nepriklausomi mašinos stiprintuvai, savaime sužadinami mašinos stiprintuvai ir žingsnio skersmens kryžminio lauko mašinos stiprintuvai.

Nepriklausomos EMS galios stiprinimo koeficientas neviršija 100. EMU galios stiprinimo koeficientui padidinti buvo sukurti savaiminio sužadinimo elektrinių mašinų stiprintuvai.

Konstrukcinis EMU su savaiminiu sužadinimu (EMUS) nuo nepriklausomos EMS skiriasi tik tuo, kad savaiminio sužadinimo apvija ant jos žadinimo polių dedama koaksialiai su valdymo apvijomis, kuri yra sujungta lygiagrečiai su armatūros apvija arba nuosekliai su ja.

Tokie stiprintuvai daugiausia naudojami generatoriaus sužadinimo apvijai generatoriaus-variklio sistemoje maitinti, o šiuo atveju pereinamojo laikotarpio trukmę lemia generatoriaus laiko konstanta.

Skirtingai nuo nepriklausomų EMU ir savaime sužadintų EMU (EMUS), kur pagrindinis sužadinimo srautas yra išilginis magnetinis srautas, nukreiptas išilgai sužadinimo polių, skersinio lauko EMU pagrindinis sužadinimo srautas yra skersinis srautas iš armatūros reakcijos.

Svarbiausia statinė kryžminio lauko EMU charakteristika yra galios padidėjimo koeficientas. Didelis pelnas gaunamas dėl to, kad kryžminio lauko EMU yra dviejų pakopų stiprintuvas. Pirmas stiprinimo etapas: valdymo ritė trumpai sujungiama su skersiniais šepečiais.Antrasis etapas: trumpai sujungta skersinių šepečių grandinė - išilginių šepečių išvesties grandinė. Todėl bendras galios padidėjimas yra kp = kp1kp2, kur kp1 yra 1-osios pakopos stiprinimas; kp2 — 2 pakopos stiprinimo koeficientas.

Naudojant elektrinių mašinų stiprintuvus uždarose automatinio valdymo sistemose (stabilizatoriai, reguliatoriai, sekimo sistemos), mašina turėtų būti šiek tiek nepakankamai kompensuota (k = 0,97 ÷ 0,99), nes per didelės kompensacijos sistemoje darbo metu atsiranda klaidingas trikdis. atsiranda dėl liekamosios m.s kompensavimo ritės, dėl kurios sistemoje atsiras savaiminiai virpesiai.

Bendras skersinio lauko EMU galios padidėjimas yra proporcingas ketvirtajai armatūros sukimosi greičio galiai, magnetiniam laidumui išilgai skersinės ir išilginės ašies ir priklauso nuo mašinos apvijų varžų ir apkrovos santykio.

Iš to išplaukia, kad stiprintuvas turės didesnį galią, mažiau prisotintą magnetinę grandinę ir didesnį sukimosi greitį. Neįmanoma pernelyg padidinti sukimosi greičio, nes perjungimo srovių poveikis pradeda žymiai didėti. Todėl pernelyg padidėjus greičiui dėl padidėjusių perjungimo srovių, galios padidėjimas nepadidės ir gali net sumažėti.

Elektrinių mašinų stiprintuvų taikymas

Elektrinių mašinų stiprintuvai gaminami masiškai ir plačiai naudojami automatinėse valdymo sistemose ir automatinėse elektros pavarose.Generatoriaus-variklio sistemose generatorius ir dažnai žadintuvas iš esmės yra nepriklausomi elektros mašinų stiprintuvai, sujungti kaskadomis. Labiausiai paplitę yra skersinio lauko elektriniai stiprintuvai. Šie stiprintuvai turi daug privalumų, iš kurių pagrindiniai yra:

1) didelis galios padidėjimas.

2) maža įėjimo galia,

3) pakankamas greitis, tai yra mažos stiprintuvo grandinių laiko konstantos. Pramoninių stiprintuvų, kurių galia 1-5 kW, įtampos kilimo laikas nuo nulio iki nominalios vertės yra 0,05-0,1 sek.

4) pakankamas patikimumas, ilgaamžiškumas ir plačios galios kitimo ribos,

5) galimybė keisti charakteristikas keičiant kompensavimo laipsnį, leidžiantį gauti reikiamas išorines charakteristikas.

Elektrinių mašinų stiprintuvų trūkumai yra šie:

1) santykinai dideli matmenys ir svoris, palyginti su tos pačios galios nuolatinės srovės generatoriais, nes neprisotinta magnetinė grandinė naudojama dideliam padidėjimui gauti,

2) liekamojo įtempio buvimas dėl histerezės. EML, kurį armatūroje sukelia liekamasis srautas magnetizmas, iškreipia tiesinę išėjimo įtampos priklausomybę nuo įvesties signalo mažų signalų srityje ir pažeidžia elektros mašinos stiprintuvų išėjimo parametrų priklausomybės nuo įvesties unikalumą, kai keičiamas įvesties signalo poliškumas, kadangi liekamojo magnetizmo srautas su pastoviu signalo poliškumu padidins valdymo srautą, o pasikeitus signalo poliškumui sumažins valdymo srautą.

Be to, veikiamas elektros mašinos stiprintuvo, veikiančio per didelės kompensacijos režimu, esant mažam apkrovos pasipriešinimui ir nuliniam įvesties signalui, liekamajam EMF, jis gali savaime sužadinti ir prarasti valdymą. Šis reiškinys paaiškinamas nekontroliuojamu mašinos išilginio magnetinio srauto, iš pradžių lygaus liekamajam magnetizmo srautui, padidėjimu dėl kompensacinės ritės varomojo veikimo.

Siekiant neutralizuoti žalingą liekamojo magnetizmo srauto poveikį elektros mašinos stiprintuve, atliekamas kintamosios srovės išmagnetinimas, o patys elektros mašinų stiprintuvai automatinėse sistemose talpinami kiek nepakankamai.

Pažymėtina, kad pradėjus naudoti puslaidininkinius keitiklius, elektros mašinos stiprintuvo (generatoriaus) elektros pavaros sistemoje gerokai sumažėjo elektrinių mašinų stiprintuvų naudojimas - variklis.