Elektromechanische versterkers

Een versterker is een apparaat waarin een laag vermogen (ingangshoeveelheid) een relatief hoog vermogen (uitgangshoeveelheid) aanstuurt. In dit geval is de uitgangswaarde een functie van het ingangssignaal en treedt de versterking op door de energie van een externe bron.

V versterkers van elektrische machines output (gecontroleerd) elektrisch vermogen wordt gegenereerd uit het mechanische vermogen van de aandrijfmotor.

Elektromechanische versterkers (EMU's) zijn DC-collectormachines.

Afhankelijk van de excitatiemethode worden versterkers van elektrische machines onderverdeeld in longitudinale veldversterkers en transversale veldversterkers.

Longitudinale veldversterkers, waarbij de belangrijkste excitatieflux langs de lengteas van de machine wordt gericht, zijn onder meer:

1) onafhankelijke elektrische machineversterker,

2) Zelfopgewekte elektrische machineversterker,

3) versterkers met twee machines,

4) elektrische machineversterker met twee collectoren,

5) twee- en drietraps elektrische machineversterkers van het longitudinale veld

Transversale veldversterkers, waarbij de hoofdexcitatieflux langs de dwarsas van de machine wordt gericht, zijn onder meer:

1) Elektromechanische versterkers met een diametrale steek van de ankerwikkeling,

2) versterkers voor elektrische machines met halve diameter,

3) Elektromechanische versterkers met een gesplitst magnetisch systeem.

Hoe lager het stuurvermogen van de versterker van de elektrische machine, hoe kleiner het gewicht en de afmetingen van de regelapparatuur. Daarom is winst het belangrijkste kenmerk. Maak onderscheid tussen vermogensversterking, stroomversterking en spanningsversterking.

De vermogensversterking kp van de versterker is de verhouding van het uitgangsvermogen Pout tot het ingangsvermogen Pin in stabiele toestand:

kp = Poutput / Pvx

Spanningsversterking:

kti = Uuit / Uin

waarbij Uout de spanning van het uitgangscircuit is; — ingangscircuitspanning.

Stroomversterking ki De verhouding van de stroom van het uitgangscircuit van de Az-uitgangsversterker tot de stroom van het ingangscircuit Azv:

ki = Ik buiten / Azv

Uit wat is gezegd volgt dat versterkers van elektrische machines een voldoende hoge vermogensversterking kunnen hebben (103 — 105). Even belangrijk voor de versterker zijn zijn prestaties, gekenmerkt door de tijdconstanten van zijn circuits.

Ze zijn gericht op het verkrijgen van een hoge vermogensversterking en een hoge reactiesnelheid van een elektrische machineversterker, d.w.z. kleinst mogelijke tijdconstanten.

In automatische regelsystemen worden versterkers van elektrische machines gebruikt als vermogensversterkers en werken ze voornamelijk in tijdelijke modi waarin aanzienlijke stroomoverbelastingen optreden. Daarom is een van de vereisten voor een elektrische machineversterker een goede overbelastingscapaciteit.

Betrouwbaarheid en stabiliteit van de werking behoren tot de belangrijkste vereisten voor een elektrische machineversterker.

Elektrische machineversterkers die in vliegtuigen en transportinstallaties worden gebruikt, moeten zo klein en licht mogelijk zijn.

In de industrie zijn de meest gebruikte onafhankelijke machineversterker, zelfopgewekte machineversterker en cross-field machineversterker met stapdiameter.

De vermogensversterkingsfactor van een onafhankelijke EMU is niet groter dan 100. Om de vermogensversterkingsfactor van de EMU te vergroten, zijn zelfopgewekte elektrische machineversterkers gemaakt.

Een structurele EMU met zelfexcitatie (EMUS) verschilt alleen van een onafhankelijke EMU doordat de zelfexcitatiewikkeling op zijn excitatiepolen coaxiaal met de stuurwikkelingen wordt geplaatst, die parallel aan de ankerwikkeling of in serie daarmee is geschakeld.

Dergelijke versterkers worden voornamelijk gebruikt om de bekrachtigingswikkeling van de generator in het generator-motorsysteem van stroom te voorzien, en in dit geval wordt de duur van de transiënt bepaald door de tijdconstante van de generator.

In tegenstelling tot onafhankelijke EMU's en zelfopgewekte EMU's (EMUS), waarbij de belangrijkste excitatieflux de longitudinale magnetische flux is die langs de excitatiepolen wordt geleid, is in transversale veld-EMU's de belangrijkste excitatieflux de transversale flux van de ankerreactie.

Het belangrijkste statische kenmerk van de cross-field EMU is de vermogensversterkingsfactor. Er wordt een grote winst verkregen doordat de cross-field EMU een tweetrapsversterker is. De eerste fase van versterking: de stuurspoel is kortgesloten naar de dwarsborstels.Tweede trap: kortgesloten ketting van dwarsborstels - uitgaande ketting van langsborstels. Daarom is de totale vermogenswinst kp = kp1kp2, waarbij kp1 de winst van de 1e trap is; kp2 — versterkingsfactor van de 2e trap.

Bij gebruik van versterkers van elektrische machines in gesloten automatische besturingssystemen (stabilisatoren, regelaars, volgsystemen), moet de machine enigszins worden ondergecompenseerd (k = 0,97 ÷ 0,99), aangezien in geval van overcompensatie in het systeem tijdens het werk een valse storing zal optreden optreden vanwege de resterende m.s.-compensatiespoel, wat zal leiden tot het optreden van zelfoscillaties in het systeem.

De totale vermogensversterking van de transversale veld-EMU is evenredig met de vierde macht van de rotatiesnelheid van het anker, de magnetische geleidbaarheid langs de dwars- en lengteassen, en hangt af van de verhouding van de weerstanden van de machinewikkelingen en de belasting.

Hieruit volgt dat de versterker de hogere vermogensversterking, het minder verzadigde magnetische circuit en de hogere rotatiesnelheid zal hebben. Het is onmogelijk om de rotatiesnelheid te veel te verhogen, omdat het effect van schakelstromen aanzienlijk begint toe te nemen. Daarom zal bij een buitensporige toename van de snelheid als gevolg van een toename van de schakelstromen de vermogensversterking niet toenemen en zelfs afnemen.

Toepassing van elektrische machineversterkers

Elektrische machineversterkers worden in massa geproduceerd en veel gebruikt in automatische besturingssystemen en geautomatiseerde elektrische aandrijvingen.In generator-motorsystemen zijn de generator, en vaak de exciter, in wezen onafhankelijke elektrische machineversterkers die in cascade zijn geschakeld. De meest voorkomende zijn elektrische transversale veldversterkers. Deze versterkers hebben een aantal voordelen, waarvan de belangrijkste zijn:

1) hoge vermogenswinst.

2) laag ingangsvermogen,

3) voldoende snelheid, dat wil zeggen kleine tijdconstanten van de versterkerschakelingen. De spanningsstijgingstijd van nul tot de nominale waarde voor industriële versterkers met een vermogen van 1-5 kW is 0,05-0,1 sec,

4) voldoende betrouwbaarheid, duurzaamheid en brede limieten van vermogensvariatie,

5) de mogelijkheid om de kenmerken te veranderen door de mate van compensatie te veranderen, wat het mogelijk maakt om de noodzakelijke uiterlijke kenmerken te verkrijgen.

Nadelen van elektrische machineversterkers zijn onder meer:

1) relatief grote afmetingen en gewicht in vergelijking met gelijkstroomgeneratoren met hetzelfde vermogen, aangezien een onverzadigd magnetisch circuit wordt gebruikt om grote winsten te behalen,

2) de aanwezigheid van restspanning als gevolg van hysteresis. EMF geïnduceerd in het anker door de resterende flux magnetisme, verstoort de lineaire afhankelijkheid van de uitgangsspanning op het ingangssignaal in het gebied van kleine signalen en schendt de uniciteit van de afhankelijkheid van de uitgangsparameters van de versterkers van de elektrische machine op de ingangssignalen bij het veranderen van de polariteit van het ingangssignaal, aangezien een flux van restmagnetisme met een constante polariteit van het signaal de besturingsstroom zal vergroten, en wanneer de polariteit van het signaal veranderde, verminderde de besturingsstroom.

Bovendien, onder invloed van de resterende EMF van een elektrische machineversterker die in overcompensatiemodus werkt, met lage belastingsweerstand en nul ingangssignaal, kan deze zichzelf opwekken en de beheersbaarheid verliezen. Dit fenomeen wordt verklaard door een oncontroleerbare toename van de longitudinale magnetische flux van de machine, aanvankelijk gelijk aan de restmagnetismeflux, als gevolg van de aandrijvende werking van de compensatiespoel.

Om het schadelijke effect van de stroom restmagnetisme in de versterker van de elektrische machine te neutraliseren, wordt wisselstroomdemagnetisatie uitgevoerd en worden de versterkers van de elektrische machines zelf enigszins onvoldoende in automatische systemen geplaatst.

Opgemerkt moet worden dat met de introductie van halfgeleiderconverters, het gebruik van elektrische machineversterkers in het elektrische aandrijfsysteem van een versterker (generator) van een elektrische machine - de motor aanzienlijk is verminderd.