Amplificadors electromecànics

Un amplificador és un dispositiu en el qual un senyal de baixa potència (quantitat d'entrada) controla una potència relativament alta (quantitat de sortida). En aquest cas, el valor de sortida és una funció del senyal d'entrada i el guany es produeix a causa de l'energia d'una font externa.

Els amplificadors V de màquines elèctriques produeixen potència elèctrica (controlada) a partir de la potència mecànica del motor d'accionament.

Els amplificadors electromecànics (EMU) són màquines col·lectores de corrent continu.

Depenent del mètode d'excitació, els amplificadors de màquines elèctriques es divideixen en amplificadors de camp longitudinal i amplificadors de camp transversal.

Els amplificadors de camp longitudinals, on el flux d'excitació principal es dirigeix ​​al llarg de l'eix longitudinal de la màquina, inclouen:

1) amplificador de màquina elèctrica independent,

2) Amplificador de màquina elèctrica autoexcitada,

3) amplificadors de dues màquines,

4) amplificador de màquina elèctrica de dos col·lectors,

5) amplificadors de màquines elèctriques de dues i tres etapes del camp longitudinal

Els amplificadors de camp transversal, en què el flux d'excitació principal es dirigeix ​​al llarg de l'eix transversal de la màquina, inclouen:

1) Amplificadors electromecànics amb un pas diametral del bobinatge de l'induït,

2) amplificadors de màquina elèctrica de pas d'armadura de mig diàmetre,

3) Amplificadors electromecànics amb sistema magnètic dividit.

Com menor sigui la potència de control de l'amplificador de la màquina elèctrica, menor serà el pes i les dimensions de l'equip de control. Per tant, la característica principal és el benefici. Diferenciar entre guany de potència, guany de corrent i guany de tensió.

El guany de potència de l'amplificador kp és la relació entre la potència de sortida Pout i la potència d'entrada Pin en funcionament en estat estacionari:

kp = Putput / Pvx

Guany de tensió:

kti = Uout / Uin

on Uout és la tensió del circuit de sortida; - Tensió del circuit d'entrada.

Guany de corrent ki La relació entre el corrent del circuit de sortida de l'amplificador de sortida Az i el corrent del circuit d'entrada Azv:

ki = Jo fora / Azv

Del que s'ha dit, es desprèn que els amplificadors de màquines elèctriques poden tenir un guany de potència prou elevat (103 — 105). Igualment important per a l'amplificador és el seu rendiment, caracteritzat per les constants de temps dels seus circuits.

Pretenen obtenir un gran guany de potència i una alta velocitat de resposta d'un amplificador de màquina elèctrica, és a dir. constants de temps més petites possibles.

En els sistemes de control automàtic, els amplificadors de màquines elèctriques s'utilitzen com a amplificadors de potència i funcionen principalment en modes transitoris durant els quals es produeixen sobrecàrregues de corrent importants. Per tant, un dels requisits per a un amplificador de màquina elèctrica és una bona capacitat de sobrecàrrega.

La fiabilitat i l'estabilitat de funcionament es troben entre els requisits més importants per a un amplificador de màquina elèctrica.

Els amplificadors de màquines elèctriques utilitzats en avions i instal·lacions de transport han de ser tan petits i lleugers com sigui possible.

A la indústria, els més utilitzats són l'amplificador de màquina independent, l'amplificador de màquina autoexcitat i l'amplificador de màquina de camp creuat de diàmetre pas.

El factor d'amplificació de potència d'una UEM independent no supera els 100. Per augmentar el factor d'amplificació de potència de l'EMU, es van crear amplificadors de màquina elèctrica autoexcitada.

Una EMU estructural amb autoexcitació (EMUS) difereix d'una EMU independent només en què el bobinat d'autoexcitació es col·loca als seus pols d'excitació coaxialment amb els bobinatges de control, que està connectat en paral·lel amb el bobinat de l'induït o en sèrie amb ell.

Aquests amplificadors s'utilitzen principalment per alimentar el bobinatge d'excitació del generador al sistema generador-motor, i en aquest cas la durada del transitori està determinada per la constant de temps del generador.

A diferència de les EMU independents i les EMU autoexcitades (EMUS), on el flux d'excitació principal és el flux magnètic longitudinal dirigit al llarg dels pols d'excitació, en les EMU de camp transversal, el flux d'excitació principal és el flux transversal de la reacció de l'armadura.

La característica estàtica més important de l'EMU de camp creuat és el factor de guany de potència. S'obté un gran guany a causa del fet que l'EMU de camp creuat és un amplificador de dues etapes. Primera etapa d'amplificació: la bobina de control es curtcircuita als raspalls transversals.Segona etapa: cadena en curtcircuit de raspalls transversals - cadena de sortida de raspalls longitudinals. Per tant, el guany de potència total és kp = kp1kp2, on kp1 és el guany de la 1a etapa; kp2 — factor d'amplificació de la 2a etapa.

Quan s'utilitzen amplificadors de màquines elèctriques en sistemes de control automàtic tancats (estabilitzadors, reguladors, sistemes de seguiment), la màquina s'ha de compensar lleugerament (k = 0,97 ÷ 0,99), ja que en cas de sobrecompensació en el sistema durant el treball, es produirà una falsa pertorbació. es produeixen a causa de la bobina de compensació de ms residual, que donarà lloc a l'aparició d'auto-oscil·lacions al sistema.

El guany de potència global del camp transversal EMU és proporcional a la quarta potència de la velocitat de rotació de l'armadura, la conductivitat magnètica al llarg dels eixos transversal i longitudinal i depèn de la relació entre les resistències dels bobinatges de la màquina i la càrrega.

Es dedueix que l'amplificador tindrà el guany de potència més gran, el circuit magnètic menys saturat i la velocitat de rotació més alta. És impossible augmentar la velocitat de rotació excessivament, perquè l'efecte dels corrents de commutació comença a augmentar significativament. Per tant, amb un augment excessiu de la velocitat a causa d'un augment dels corrents de commutació, el guany de potència no augmentarà i fins i tot pot disminuir.

Aplicació d'amplificadors de màquines elèctriques

Els amplificadors de màquines elèctriques es produeixen en massa i s'utilitzen àmpliament en sistemes de control automàtic i accionaments elèctrics automatitzats.En els sistemes generador-motor, el generador, i sovint l'excitador, són essencialment amplificadors de màquines elèctrics independents connectats en cascada. Els més comuns són els amplificadors elèctrics de camp transversal. Aquests amplificadors tenen una sèrie d'avantatges, els principals són:

1) guany d'alta potència.

2) baixa potència d'entrada,

3) velocitat suficient, és a dir, petites constants de temps dels circuits amplificadors. El temps d'augment de tensió des de zero fins al valor nominal per als amplificadors industrials amb una potència d'1-5 kW és de 0,05-0,1 segons,

4) suficient fiabilitat, durabilitat i amplis límits de variació de potència,

5) la possibilitat de canviar les característiques canviant el grau de compensació, que permet obtenir les característiques externes necessàries.

Els desavantatges dels amplificadors de màquines elèctriques inclouen:

1) dimensions i pes relativament grans en comparació amb generadors de corrent continu de la mateixa potència, ja que s'utilitza un circuit magnètic insaturat per obtenir grans guanys,

2) la presència d'estrès residual degut a la histèresi. EMF induït a l'induït pel flux residual magnetisme, distorsiona la dependència lineal de la tensió de sortida del senyal d'entrada a la regió dels senyals petits i viola la singularitat de la dependència dels paràmetres de sortida dels amplificadors de la màquina elèctrica dels d'entrada quan es canvia la polaritat del senyal d'entrada, ja que un flux de magnetisme residual amb una polaritat constant del senyal augmentarà el flux de control i, quan canvia la polaritat del senyal, disminueix el flux de control.

A més, sota la influència de l'EMF residual d'un amplificador de màquina elèctrica que funciona en mode de sobrecompensació, amb baixa resistència de càrrega i senyal d'entrada zero, es pot autoexcitar i perdre la controlabilitat. Aquest fenomen s'explica per un augment incontrolable del flux magnètic longitudinal de la màquina, inicialment igual al flux de magnetisme residual, a causa de l'acció motriu de la bobina compensadora.

Per neutralitzar l'efecte nociu del flux de magnetisme residual a l'amplificador de la màquina elèctrica, es realitza una desmagnetització de corrent altern i els amplificadors de les mateixes màquines elèctriques es col·loquen en sistemes automàtics de manera una mica insuficient.

Cal assenyalar que amb la introducció de convertidors de semiconductors, l'ús d'amplificadors de màquines elèctriques en el sistema d'accionament elèctric d'un amplificador (generador) d'una màquina elèctrica, el motor s'ha reduït significativament.