Электромашинные усилители
8.7. ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ УСИЛИТЕЛИ
Электромашинные усилители (ЭМУ) нашли широкое применение в качестве усилителей мощности. По числу каскадов усиления различают однокаскадные и двухкаскадные ЭМУ, по типу возбуждения (направлению потока возбуждения) — ЭМУ продольного и ЭМУ поперечного поля.
В СП для управления двигателями постоянного тока применяют двухкаскадные ЭМУ с поперечным возбуждением (рис. 105). Конструктивно ЭМУ представляет собой генератор постоянного тока с явно выраженными полюсами, имеющий на якоре дополнительную пару щеток 1—1, замкнутых накоротко. Обмотка возбуждения wУ ЭМУ используется для подачи управляющего сигнала UУ. Усиление сигнала по мощности в ЭМУ происходит за счет дополнительной механической энергии приводного двигателя M1, вращающего с большой частотой (?0 = 3000 ... 5000 мин-1) якорь генератора. От пересечения магнитным потоком Фу вращающейся обмотки якоря в последней будет наводиться небольшая ЭДС (2 ... 3 B), снимаемая с поперечных щеток 1—1. Так как цепь этих щеток замкнута накоротко и имеет малое сопротивление, то сила создаваемого тока достигает 2 ... 10 A и значительно превышает ток управления (5 ... 10 мА) — первый каскад усиления. Возникающий от тока поперечной цепи магнитный поток ФПОП в данном усилителе является основным возбуждающим потоком, давшим название ЭМУ. При пересечении этим потоком вращающихся проводников якоря наводится ЭДС, которая снимается со щеток 2—2 продольной оси якоря и является выходной величиной ненагруженного ЭМУ (второй каскад усиления).
Замыкание выходных щеток на нагрузку (обмотку якоря исполнительного двигателя M2) приводит к появлению тока нагрузки Iн и возникновению продольного потока Фпр реакции якоря, направленного навстречу управляющему потоку Фу и ослабляющего его. Для уменьшения вредной реакции якоря служит расположенная на статоре компенсационная обмотка wK, включенная последовательно с нагрузкой и создающая поток Фк, направленный встречно потоку Фпр. Путем изменения числа витков wK при изготовлении этой обмотки с последующей регулировкой резистором RK при настройке достигается определенная степень компенсации продольного потока, и обеспечиваются режимы перекомпенсации Фк > Фпр, полной компенсации потоков ФК = Фпр и недокомпенсации Фк < Фпр.
В СП допустим только режим недокомпенсации.
Рис. 105. ЭМУ:
а — схема включения б — условное графическое изображение; в, г — характеристики
Основными характеристиками ЭМУ являются статическая характеристика холостого хода и внешняя характеристика. Характеристика холостого хода идеального ЭМУ (рис. 105, e) представляет собой усредненную зависимость напряжения E на выходе при разомкнутой внешней цепи от тока управления: E = f (IУ). В реальном ЭМУ эта характеристика неоднозначна и имеет вид узкой петли гистерезиса. Нелинейность в области больших токов объясняется насыщением магнитопровода. Однако насыщение ЭМУ можно сделать пренебрежимо малым выбором рабочей зоны из условия UНОМ ? UA, где UA определяет линейную зону. В линейной зоне характеристика реверсивна и имеет крутизну, зависящую от коэффициента усиления.
B статическом режиме ЭМУ характеризуется коэффициентами усиления по току ki = Iн/Iу, по напряжению k = UН/IУRУ и по мощности kp = IнUН/IУ UУ = ki k.
Внешней характеристикой ЭМУ называется зависимость напряжения Uвых на выходе от тока Iн нагрузки при постоянном токе IУ управления. Подключение нагрузки приводит к снижению напряжения на зажимах ЭМУ за счет падения напряжения на внутреннем сопротивлении усилителя. Кроме того, выходное напряжение зависит от степени компенсации продольного потока:
где RПР — сопротивление обмотки ЭМУ по продольной оси; ? — коэффициент компенсации.
Внешние характеристики ЭМУ с возможными вариантами компенсации представлены на рис. 105, г\ 1 — полная компенсация напряжений за счет перекомпенсации потоков при ? = —RПР; 2 — полная компенсация потоков ? = 0 (Фк = Фпр); 3 — недокомпенсации ? > —RПР. Устойчивая работа системы ЭМУ— ИД достигается незначительной недокомпенсацией, так как значительная недокомпенсация приводит к уменьшению коэффициента усиления, а перекомпенсация — к самовозбуждению ЭМУ и аварии.
Динамика ЭМУ поперечного поля определяется инерционностью управляющей и поперечной цепей. B первом приближении передаточная функция ЭМУ может быть представлена двумя апериодическими звеньями:
Здесь k — коэффициент усиления ЭМУ по напряжению; ?а, Ту — постоянные времени поперечной и управляющей цепей;
где La, Ly — индуктивные сопротивления поперечной и управляющей цепей; R = RУ + Ri— суммарное активное сопротивление управляющей цепи RУ и источника входного сигнала Ri.
K преимуществам ЭМУ следует отнести: высокий коэффициент усиления по мощности (10а ... 105) и большой диапазон выходных мощностей (40 Вт ... 100 кВт); незначительную мощность возбуждения (доли ватта); высокую перегрузочную способность ЭМУ по току и напряжению, предопределяющую использование усилителей в системах с кратковременными многократными перегрузками; простоту формирования управляющего сигнала благодаря наличию нескольких обмоток управления и подаче на одну из них сигнала OC; большой ресурс работы ЭМУ (100 000 ч).
Существенным недостатком ЭМУ является наличие двух электрических машин и, как следствие, низкий КПД (0,5 ... 0,6), высокий уровень шума, обусловленный работой коллекторных контактных колец, необходимость в специальных мерах по улучшению коммутации, большие размеры. Следует также отметить значительную инерционность процессов в ЭМУ.
Назад | Содержание
| Вперед
