Elektromechanikus erősítők

Az erősítő olyan eszköz, amelyben egy kis teljesítményű jel (bemeneti mennyiség) viszonylag nagy teljesítményt (kimeneti mennyiséget) vezérel. Ebben az esetben a kimeneti érték a bemeneti jel függvénye, és az erősítés egy külső forrás energiája miatt következik be.

Az elektromos gépek V erősítői a kimenő (vezérelt) elektromos teljesítményt a hajtómotor mechanikai teljesítményéből állítják elő.

Az elektromechanikus erősítők (EMU) egyenáramú kollektoros gépek.

A gerjesztés módjától függően az elektromos gépi erősítőket longitudinális térerõsítõkre és keresztirányú térerõsítõkre osztják.

A hosszirányú térerősítők, ahol a fő gerjesztési fluxus a gép hossztengelye mentén irányul, a következőket tartalmazzák:

1) független elektromos gépi erősítő,

2) Öngerjesztő elektromos gépi erősítő,

3) kétgépes erősítők,

4) kétkollektoros elektromos gépi erősítő,

5) két- és háromfokozatú hosszmezős elektromos gépi erősítők

A keresztirányú térerősítők, amelyekben a fő gerjesztési fluxus a gép keresztirányú tengelye mentén irányul, a következők:

1) Elektromechanikus erősítők az armatúra tekercselés átmérőjével,

2) félátmérőjű armatúra-emelkedésű elektromos gépi erősítők,

3) Elektromechanikus erősítők osztott mágneses rendszerrel.

Minél kisebb az elektromos gépi erősítő vezérlési teljesítménye, annál kisebb a vezérlőberendezés súlya és méretei. Ezért a fő jellemző a profit. Tegyen különbséget a teljesítményerősítés, az áramerősítés és a feszültségerősítés között.

Az erősítő kp teljesítményerősítése a Pout kimeneti teljesítmény és a Pin bemeneti teljesítmény aránya állandósult üzemmódban:

kp = Poutput / Pvx

Feszültségerősítés:

kti = Uout / Uin

ahol Uout a kimeneti áramkör feszültsége; — bemeneti áramköri feszültség.

Áramerősítés ki Az Az kimeneti erősítő kimeneti áramkörének áramának és az Azv bemeneti áramkör áramának aránya:

ki = Én kívül / Azv

Az elmondottakból következik, hogy az elektromos gépi erősítők kellően nagy teljesítményerősítéssel rendelkezhetnek (103 — 105). Ugyanilyen fontos az erősítő számára a teljesítménye, amelyet az áramkörök időállandói jellemeznek.

Céljuk, hogy egy elektromos gépi erősítőből nagy teljesítményerősítést és nagy válaszsebességet érjenek el, pl. a lehető legkisebb időállandók.

Az automatikus vezérlőrendszerekben az elektromos gépi erősítők teljesítményerősítőkként szolgálnak, és elsősorban tranziens üzemmódokban működnek, amelyek során jelentős áramtúlterhelések lépnek fel. Ezért az elektromos gépi erősítőkkel szemben támasztott egyik követelmény a jó túlterhelhetőség.

A megbízhatóság és a működés stabilitása az egyik legfontosabb követelmény az elektromos gépi erősítőkkel szemben.

A repülőgépeken és közlekedési eszközökön használt elektromos gépi erősítőknek a lehető legkisebbeknek és könnyűeknek kell lenniük.

Az iparban a legszélesebb körben használt független gépi erősítő, öngerjesztő gépi erősítő és lépésátmérőjű keresztmezős gépi erősítő.

Egy független EMU teljesítményerősítési tényezője nem haladja meg a 100-at. Az EMU teljesítményerősítési tényezőjének növelésére öngerjesztő elektromos gépi erősítőket hoztak létre.

Az öngerjesztésű szerkezeti EMU (EMUS) csak abban különbözik a független EMU-tól, hogy a gerjesztő pólusaira a vezérlőtekercsekkel koaxiálisan kerül az öngerjesztő tekercs, amely az armatúra tekercseléssel párhuzamosan vagy azzal sorba van kötve.

Az ilyen erősítők főként a generátor-motor rendszerben a generátor gerjesztő tekercsének táplálására szolgálnak, és ebben az esetben a tranziens időtartamát a generátor időállandója határozza meg.

Ellentétben a független EMU-kkal és az öngerjesztett EMU-kkal (EMUS), ahol a fő gerjesztési fluxus a gerjesztőpólusok mentén irányított longitudinális mágneses fluxus, a keresztirányú térerősségű EMU-kban a fő gerjesztési fluxus az armatúra reakcióból származó keresztirányú fluxus.

A keresztmezős EMU legfontosabb statikus jellemzője a teljesítményerősítési tényező. Nagy nyereség érhető el annak a ténynek köszönhetően, hogy a keresztmezős EMU egy kétfokozatú erősítő. Az erősítés első szakasza: a vezérlőtekercset rövidre zárják a keresztirányú kefékkel.Második szakasz: rövidre zárt keresztirányú kefék lánca - hosszanti kefék kimeneti lánca. Ezért a teljes teljesítményerősítés kp = kp1kp2, ahol kp1 az 1. fokozat erősítése; kp2 — a 2. fokozat erősítési tényezője.

Elektromos gépek erősítőinek zárt automata vezérlőrendszerekben (stabilizátorok, szabályozók, nyomkövető rendszerek) történő használatakor a gépet kissé alulkompenzálni kell (k = 0,97 ÷ 0,99), mivel a rendszer túlkompenzálása a munka során téves zavart okoz. a maradék m.s. kompenzációs tekercs miatt fordulnak elő, ami a rendszerben önrezgések fellépéséhez vezet.

Az EMU keresztirányú erőtér teljes teljesítménynövekedése arányos az armatúra forgási sebességének negyedik hatványával, a keresztirányú és hossztengely mentén fennálló mágneses vezetőképességgel, és függ a gép tekercseinek ellenállásának és a terhelés arányától.

Ebből következik, hogy az erősítő nagyobb teljesítménynövekedéssel, kevésbé telített mágneses áramkörrel és nagyobb forgási sebességgel rendelkezik. A forgási sebesség túlzott növelése lehetetlen, mert a kapcsolási áramok hatása jelentősen növekedni kezd. Ezért a kapcsolási áramok növekedése miatti túlzott sebességnövekedés esetén a teljesítménynövelés nem növekszik, sőt csökkenhet.

Villamos gépi erősítők alkalmazása

Az elektromos gépi erősítőket sorozatban gyártják, és széles körben használják automatikus vezérlőrendszerekben és automatizált elektromos hajtásokban.A generátor-motor rendszerekben a generátor és gyakran a gerjesztő lényegében egymástól független, kaszkádba kapcsolt elektromos gépi erősítők. A leggyakoribbak a keresztirányú elektromos erősítők. Ezeknek az erősítőknek számos előnye van, amelyek közül a legfontosabbak a következők:

1) nagy teljesítményerősítés.

2) alacsony bemeneti teljesítmény,

3) elegendő sebesség, azaz az erősítő áramkörök kis időállandói. Az 1-5 kW teljesítményű ipari erősítők feszültségemelkedési ideje nulláról a névleges értékre 0,05-0,1 mp,

4) megfelelő megbízhatóság, tartósság és széles teljesítmény-ingadozási határok,

5) a jellemzők megváltoztatásának lehetősége a kompenzáció mértékének megváltoztatásával, amely lehetővé teszi a szükséges külső jellemzők elérését.

Az elektromos gépi erősítők hátrányai a következők:

1) viszonylag nagy méretek és tömegek az azonos teljesítményű DC generátorokhoz képest, mivel telítetlen mágneses áramkört használnak a nagy nyereség eléréséhez,

2) a hiszterézis miatti maradék feszültség jelenléte. Az armatúrában a maradék fluxus által kiváltott EMF mágnesesség, torzítja a kimeneti feszültség lineáris függését a bemeneti jeltől a kis jelek tartományában, és megsérti az elektromos gép erősítői kimeneti paramétereinek a bemeneti paraméterektől való függésének egyediségét a bemeneti jel polaritásának megváltoztatásakor, mivel a maradék mágnesesség fluxusa a jel állandó polaritásával növeli a szabályozási áramlást, és amikor a jel polaritása megváltozott, csökkenti a szabályozási áramlást.

Ezenkívül a túlkompenzációs üzemmódban működő, alacsony terhelési ellenállású és nulla bemeneti jelű elektromos gépi erősítő maradék EMF hatására öngerjesztődhet, és elveszítheti irányíthatóságát. Ezt a jelenséget a gép hosszirányú mágneses fluxusának – kezdetben a maradék mágneses fluxussal megegyező – ellenőrizhetetlen növekedése magyarázza, a kiegyenlítő tekercs hajtóműve következtében.

Az elektromos gép erősítőjében a maradék mágnesesség áramlásának káros hatásának semlegesítésére váltóáramú lemágnesezést hajtanak végre, és maguk az elektromos gépek erősítőit is némileg elégtelenül helyezik el automata rendszerekben.

Meg kell jegyezni, hogy a félvezető konverterek bevezetésével az elektromos gépi erősítők használata az elektromos gép erősítőjének (generátorának) elektromos hajtásrendszerében - a motor jelentősen csökkent.