Elektromehanička pojačala

Pojačalo je uređaj u kojem signal male snage (ulazna veličina) kontrolira relativno veliku snagu (izlazna veličina). U ovom slučaju, izlazna vrijednost je funkcija ulaznog signala, a dobitak se javlja zbog energije vanjskog izvora.

V pojačala električnih strojeva izlazna (upravljana) električna snaga generira se iz mehaničke snage pogonskog motora.

Elektromehanička pojačala (EMU) su istosmjerni kolektorski strojevi.

Ovisno o načinu pobude, električna strojna pojačala dijele se na pojačala uzdužnog polja i pojačala poprečnog polja.

Uzdužna pojačala polja, kod kojih je glavni pobudni tok usmjeren duž uzdužne osi stroja, uključuju:

1) neovisno električno strojno pojačalo,

2) Samopobudno električno strojno pojačalo,

3) dvostrojna pojačala,

4) dvokolektorsko električno strojno pojačalo,

5) dvo- i trostupanjska elektrostrojna pojačala uzdužnog polja

Poprečna pojačala polja, u kojima je glavni pobudni tok usmjeren duž poprečne osi stroja, uključuju:

1) Elektromehanička pojačala s dijametralnim korakom armaturnog namota,

2) električna strojna pojačala koraka armature polupromjera,

3) Elektromehanička pojačala s podijeljenim magnetskim sustavom.

Što je manja upravljačka snaga pojačala električnog stroja, manja je težina i dimenzije upravljačke opreme. Dakle, glavna karakteristika je profit. Razlikujte pojačanje snage, strujno pojačanje i naponsko pojačanje.

Pojačanje snage pojačala kp je omjer izlazne snage Pout i ulazne snage Pin u stabilnom stanju rada:

kp = Izlaz / Pvx

Dobitak napona:

kti = Uout / Uin

gdje je Uout napon izlaznog kruga; — napon ulaznog kruga.

Pojačanje struje ki Omjer struje izlaznog kruga Az izlaznog pojačala i struje ulaznog kruga Azv:

ki = Ja vani / Azv

Iz rečenog proizlazi da električna strojna pojačala mogu imati dovoljno veliko pojačanje snage (103 — 105). Jednako važna za pojačalo je njegova izvedba, koju karakteriziraju vremenske konstante njegovih krugova.

Njihov cilj je postići veliki dobitak snage i veliku brzinu odziva od električnog strojnog pojačala, tj. najmanje moguće vremenske konstante.

U sustavima automatskog upravljanja, pojačala električnih strojeva koriste se kao pojačala snage i rade prvenstveno u prijelaznim režimima tijekom kojih dolazi do značajnih strujnih preopterećenja. Stoga je jedan od zahtjeva za pojačalo električnog stroja dobra sposobnost preopterećenja.

Pouzdanost i stabilnost rada jedan su od najvažnijih zahtjeva za električno strojno pojačalo.

Pojačala električnih strojeva koja se koriste u zrakoplovima i transportnim instalacijama trebaju biti što manja i lakša.

U industriji se najviše koriste neovisno strojno pojačalo, samopobudno strojno pojačalo i strojno pojačalo s unakrsnim poljem promjera koraka.

Faktor pojačanja snage neovisnog EMU-a ne prelazi 100. Da bi se povećao faktor pojačanja snage EMU-a, stvorena su samopobuđena pojačala električnog stroja.

Strukturni EMU sa samouzbudom (EMUS) razlikuje se od samostalnog EMU samo po tome što je na njegovim uzbudnim polovima koaksijalno s regulacijskim namotima postavljen samouzbudni namot koji je spojen paralelno s armaturnim namotom ili serijski s njim.

Ovakva se pojačala uglavnom koriste za napajanje uzbudnog namota generatora u sustavu generator-motor, au ovom slučaju trajanje prijelazne pojave određeno je vremenskom konstantom generatora.

Za razliku od neovisnih EMU i samopobuđenih EMU (EMUS), gdje je glavni tok uzbude uzdužni magnetski tok usmjeren duž polova uzbude, u EMU s poprečnim poljem, glavni tok uzbude je poprečni tok iz reakcije armature.

Najvažnija statička karakteristika EMU s više polja je faktor pojačanja snage. Veliko pojačanje se postiže zbog činjenice da je EMU dvostupanjsko pojačalo. Prvi stupanj pojačanja: upravljačka zavojnica je kratko spojena na poprečne četke.Drugi stupanj: kratko spojeni lanac poprečnih četkica - izlazni lanac uzdužnih četkica. Prema tome, ukupno pojačanje snage je kp = kp1kp2, gdje je kp1 pojačanje 1. stupnja; kp2 — faktor pojačanja 2. stupnja.

Kada se koriste pojačala električnih strojeva u zatvorenim sustavima automatskog upravljanja (stabilizatori, regulatori, sustavi praćenja), stroj bi trebao biti malo podkompenziran (k = 0,97 ÷ 0,99), budući da će u slučaju prekomjerne kompenzacije u sustavu tijekom rada doći do lažne smetnje nastaju zbog zaostale m.s. kompenzacijske zavojnice, što će dovesti do pojave samooscilacija u sustavu.

Ukupni dobitak snage EMU poprečnog polja proporcionalan je četvrtoj potenciji brzine vrtnje armature, magnetskoj vodljivosti po poprečnoj i uzdužnoj osi, a ovisi o omjeru otpora namota stroja i opterećenja.

Iz toga slijedi da će pojačalo imati veće pojačanje snage, manje zasićen magnetski krug i veću brzinu njegove vrtnje. Nemoguće je pretjerano povećati brzinu vrtnje, jer se učinak sklopnih struja počinje značajno povećavati. Stoga, s pretjeranim povećanjem brzine zbog povećanja sklopnih struja, dobitak snage neće se povećati i može se čak smanjiti.

Primjena pojačala električnih strojeva

Električna strojna pojačala se masovno proizvode i naširoko koriste u sustavima automatskog upravljanja i automatiziranih električnih pogona.U sustavima generator-motor, generator, a često i pobudnik, su u biti neovisna pojačala električnog stroja spojena u kaskadu. Najčešća su električna pojačala s poprečnim poljem. Ova pojačala imaju niz prednosti, a glavne su:

1) veliki dobitak snage.

2) mala ulazna snaga,

3) dovoljna brzina, odnosno male vremenske konstante krugova pojačala. Vrijeme porasta napona od nule do nominalne vrijednosti za industrijska pojačala snage 1-5 kW je 0,05-0,1 s,

4) dovoljnu pouzdanost, trajnost i široke granice varijacije snage,

5) mogućnost promjene karakteristika promjenom stupnja kompenzacije, što omogućuje dobivanje potrebnih vanjskih karakteristika.

Nedostaci električnih strojnih pojačala uključuju:

1) relativno velike dimenzije i težina u usporedbi s istosmjernim generatorima iste snage, budući da se za dobivanje velikih dobitaka koristi nezasićeni magnetski krug,

2) prisutnost zaostalog naprezanja zbog histereze. EMF induciran u armaturi zaostalim fluksom magnetizam, iskrivljuje linearnu ovisnost izlaznog napona o ulaznom signalu u području malih signala i narušava jedinstvenost ovisnosti izlaznih parametara pojačala električnog stroja o ulaznim pri promjeni polariteta ulaznog signala, budući da će tok zaostalog magnetizma s konstantnim polaritetom signala povećati protok upravljanja, a kada se polaritet signala promijeni, smanjio je protok upravljanja.

Osim toga, pod utjecajem zaostalog EMF-a pojačala električnog stroja koji radi u načinu prekompenzacije, s niskim otporom opterećenja i nultim ulaznim signalom, može se samouzbuditi i izgubiti upravljivost. Ovaj fenomen se objašnjava nekontroliranim porastom uzdužnog magnetskog toka stroja, koji je u početku jednak rezidualnom magnetskom toku, zbog pogonskog djelovanja kompenzacijske zavojnice.

Da bi se neutralizirao štetni učinak protoka zaostalog magnetizma u pojačalu električnog stroja, provodi se demagnetizacija izmjenične struje, a sama pojačala električnih strojeva pomalo su nedovoljno smještena u automatske sustave.

Treba napomenuti da je uvođenjem poluvodičkih pretvarača značajno smanjena upotreba pojačala električnih strojeva u elektropogonskom sustavu pojačala (generatora) električnog stroja — motora.