Ηλεκτρομηχανικοί ενισχυτές

Ένας ενισχυτής είναι μια συσκευή στην οποία ένα σήμα χαμηλής ισχύος (ποσότητα εισόδου) ελέγχει μια σχετικά υψηλή ισχύ (ποσότητα εξόδου). Σε αυτή την περίπτωση, η τιμή εξόδου είναι συνάρτηση του σήματος εισόδου και το κέρδος προκύπτει λόγω της ενέργειας μιας εξωτερικής πηγής.

Οι ενισχυτές V των ηλεκτρικών μηχανών εξόδου (ελεγχόμενη) ηλεκτρική ισχύς παράγεται από τη μηχανική ισχύ του κινητήρα μετάδοσης κίνησης.

Οι ηλεκτρομηχανικοί ενισχυτές (EMU) είναι μηχανές συλλογής DC.

Ανάλογα με τη μέθοδο διέγερσης, οι ενισχυτές ηλεκτρικών μηχανών χωρίζονται σε ενισχυτές διαμήκους πεδίου και ενισχυτές εγκάρσιου πεδίου.

Οι ενισχυτές διαμήκους πεδίου, όπου η κύρια ροή διέγερσης κατευθύνεται κατά μήκος του διαμήκους άξονα της μηχανής, περιλαμβάνουν:

1) ανεξάρτητος ενισχυτής ηλεκτρικής μηχανής,

2) Αυτοδιεγερμένος ενισχυτής ηλεκτρικής μηχανής,

3) ενισχυτές δύο μηχανών,

4) ενισχυτής ηλεκτρικής μηχανής δύο συλλεκτών,

5) ενισχυτές ηλεκτρικής μηχανής δύο και τριών σταδίων του διαμήκους πεδίου

Οι εγκάρσιοι ενισχυτές πεδίου, στους οποίους η κύρια ροή διέγερσης κατευθύνεται κατά μήκος του εγκάρσιου άξονα της μηχανής, περιλαμβάνουν:

1) Ηλεκτρομηχανικοί ενισχυτές με διαμετρικό βήμα της περιέλιξης του οπλισμού,

2) ενισχυτές ηλεκτρικής μηχανής βήματος οπλισμού μισής διαμέτρου,

3) Ηλεκτρομηχανικοί ενισχυτές με split μαγνητικό σύστημα.

Όσο μικρότερη είναι η ισχύς ελέγχου του ενισχυτή ηλεκτρικής μηχανής, τόσο μικρότερο είναι το βάρος και οι διαστάσεις του εξοπλισμού ελέγχου. Ως εκ τούτου, το κύριο χαρακτηριστικό είναι το κέρδος. Διαφοροποίηση μεταξύ απολαβής ισχύος, κέρδους ρεύματος και κέρδους τάσης.

Το κέρδος ισχύος του ενισχυτή kp είναι ο λόγος της ισχύος εξόδου Pout προς τον ακροδέκτη ισχύος εισόδου σε λειτουργία σταθερής κατάστασης:

kp = Έξοδος / Pvx

Κέρδος τάσης:

kti = Uout / Uin

όπου Uout είναι η τάση του κυκλώματος εξόδου. — τάση κυκλώματος εισόδου.

Κέρδος ρεύματος ki Ο λόγος του ρεύματος του κυκλώματος εξόδου του ενισχυτή εξόδου Az προς το ρεύμα του κυκλώματος εισόδου Azv:

κι = Εγώ έξω / Αζβ

Από όσα ειπώθηκαν προκύπτει ότι οι ενισχυτές ηλεκτρικών μηχανών μπορούν να έχουν αρκετά υψηλή απολαβή ισχύος (103 — 105). Εξίσου σημαντική για τον ενισχυτή είναι η απόδοσή του, που χαρακτηρίζεται από τις χρονικές σταθερές των κυκλωμάτων του.

Στόχος τους είναι να αποκτήσουν υψηλό κέρδος ισχύος και υψηλή ταχύτητα απόκρισης από έναν ενισχυτή ηλεκτρικής μηχανής, δηλ. τις μικρότερες δυνατές χρονικές σταθερές.

Στα συστήματα αυτόματου ελέγχου, οι ενισχυτές ηλεκτρικών μηχανών χρησιμοποιούνται ως ενισχυτές ισχύος και λειτουργούν κυρίως σε μεταβατικές λειτουργίες κατά τις οποίες συμβαίνουν σημαντικές υπερφορτώσεις ρεύματος. Επομένως, μία από τις απαιτήσεις για έναν ενισχυτή ηλεκτρικής μηχανής είναι η καλή ικανότητα υπερφόρτωσης.

Η αξιοπιστία και η σταθερότητα λειτουργίας είναι από τις πιο σημαντικές απαιτήσεις για έναν ενισχυτή ηλεκτρικής μηχανής.

Οι ενισχυτές ηλεκτρικών μηχανών που χρησιμοποιούνται σε αεροσκάφη και εγκαταστάσεις μεταφοράς πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότεροι και ελαφρύτεροι.

Στη βιομηχανία, τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα είναι ο ανεξάρτητος ενισχυτής μηχανής, ο αυτοδιεγερμένος ενισχυτής μηχανής και ο ενισχυτής μηχανής διασταύρωσης με διάμετρο βήματος.

Ο συντελεστής ενίσχυσης ισχύος μιας ανεξάρτητης EMU δεν υπερβαίνει το 100. Για να αυξηθεί ο συντελεστής ενίσχυσης ισχύος της EMU, δημιουργήθηκαν αυτοδιεγερμένοι ενισχυτές ηλεκτρικών μηχανών.

Μια δομική EMU με αυτοδιέγερση (EMUS) διαφέρει από μια ανεξάρτητη EMU μόνο στο ότι η περιέλιξη αυτοδιέγερσης τοποθετείται στους πόλους διέγερσής της ομοαξονικά με τις περιελίξεις ελέγχου, οι οποίες συνδέονται παράλληλα με την περιέλιξη του οπλισμού ή σε σειρά με αυτήν.

Τέτοιοι ενισχυτές χρησιμοποιούνται κυρίως για την τροφοδοσία της περιέλιξης διέγερσης της γεννήτριας στο σύστημα γεννήτριας-κινητήρα και σε αυτή την περίπτωση η διάρκεια του μεταβατικού καθορίζεται από τη σταθερά χρόνου της γεννήτριας.

Σε αντίθεση με τις ανεξάρτητες EMU και τις αυτοδιεγερμένες EMU (EMUS), όπου η κύρια ροή διέγερσης είναι η διαμήκης μαγνητική ροή που κατευθύνεται κατά μήκος των πόλων διέγερσης, στις EMU εγκάρσιου πεδίου, η κύρια ροή διέγερσης είναι η εγκάρσια ροή από την αντίδραση οπλισμού.

Το πιο σημαντικό στατικό χαρακτηριστικό της ΟΝΕ διασταύρωσης είναι ο συντελεστής κέρδους ισχύος. Ένα μεγάλο κέρδος επιτυγχάνεται λόγω του γεγονότος ότι η EMU διασταύρωσης πεδίου είναι ένας ενισχυτής δύο σταδίων. Το πρώτο στάδιο της ενίσχυσης: το πηνίο ελέγχου βραχυκυκλώνεται στις εγκάρσιες βούρτσες.Δεύτερο στάδιο: βραχυκυκλωμένη αλυσίδα εγκάρσιων βουρτσών - αλυσίδα εξόδου διαμήκων βουρτσών. Επομένως, το συνολικό κέρδος ισχύος είναι kp = kp1kp2, όπου kp1 είναι το κέρδος του 1ου σταδίου. kp2 — συντελεστής ενίσχυσης του 2ου σταδίου.

Όταν χρησιμοποιείτε ενισχυτές ηλεκτρικών μηχανών σε κλειστά συστήματα αυτόματου ελέγχου (σταθεροποιητές, ρυθμιστές, συστήματα παρακολούθησης), το μηχάνημα πρέπει να είναι ελαφρώς υπο-αντιστάθμιση (k = 0,97 ÷ 0,99), καθώς σε περίπτωση υπεραντιστάθμισης στο σύστημα κατά τη διάρκεια της εργασίας, μια ψευδής διαταραχή θα συμβαίνουν λόγω του υπολειπόμενου πηνίου αντιστάθμισης m.s., το οποίο θα οδηγήσει στην εμφάνιση αυτοταλαντώσεων στο σύστημα.

Το συνολικό κέρδος ισχύος του εγκάρσιου πεδίου EMU είναι ανάλογο με την τέταρτη ισχύ της ταχύτητας περιστροφής του οπλισμού, τη μαγνητική αγωγιμότητα κατά μήκος του εγκάρσιου και του διαμήκους άξονα και εξαρτάται από την αναλογία των αντιστάσεων των περιελίξεων της μηχανής και του φορτίου.

Από αυτό προκύπτει ότι ο ενισχυτής θα έχει το μεγαλύτερο κέρδος ισχύος, το λιγότερο κορεσμένο μαγνητικό κύκλωμα και την υψηλότερη ταχύτητα περιστροφής του. Είναι αδύνατο να αυξηθεί υπερβολικά η ταχύτητα περιστροφής, επειδή η επίδραση των ρευμάτων μεταγωγής αρχίζει να αυξάνεται σημαντικά. Επομένως, με υπερβολική αύξηση της ταχύτητας λόγω αύξησης των ρευμάτων μεταγωγής, το κέρδος ισχύος δεν θα αυξηθεί και μπορεί ακόμη και να μειωθεί.

Εφαρμογή ενισχυτών ηλεκτρικών μηχανών

Οι ενισχυτές ηλεκτρικών μηχανών παράγονται μαζικά και χρησιμοποιούνται ευρέως σε συστήματα αυτόματου ελέγχου και αυτοματοποιημένους ηλεκτροκινητήρες.Στα συστήματα γεννήτριας-κινητήρα, η γεννήτρια, και συχνά ο διεγέρτης, είναι ουσιαστικά ανεξάρτητοι ενισχυτές ηλεκτρικής μηχανής συνδεδεμένοι σε καταρράκτη. Οι πιο συνηθισμένοι είναι οι ηλεκτρικοί ενισχυτές εγκάρσιου πεδίου. Αυτοί οι ενισχυτές έχουν μια σειρά από πλεονεκτήματα, τα κυριότερα από τα οποία είναι:

1) υψηλό κέρδος ισχύος.

2) χαμηλή ισχύς εισόδου,

3) επαρκής ταχύτητα, δηλαδή μικρές σταθερές χρόνου των κυκλωμάτων του ενισχυτή. Ο χρόνος ανόδου της τάσης από το μηδέν στην ονομαστική τιμή για βιομηχανικούς ενισχυτές με ισχύ 1-5 kW είναι 0,05-0,1 sec,

4) επαρκής αξιοπιστία, ανθεκτικότητα και μεγάλα όρια διακύμανσης ισχύος,

5) η δυνατότητα αλλαγής των χαρακτηριστικών αλλάζοντας τον βαθμό αποζημίωσης, γεγονός που καθιστά δυνατή την απόκτηση των απαραίτητων εξωτερικών χαρακτηριστικών.

Τα μειονεκτήματα των ενισχυτών ηλεκτρικών μηχανών περιλαμβάνουν:

1) σχετικά μεγάλες διαστάσεις και βάρος σε σύγκριση με γεννήτριες συνεχούς ρεύματος ίδιας ισχύος, καθώς χρησιμοποιείται ένα ακόρεστο μαγνητικό κύκλωμα για τη λήψη μεγάλων κερδών,

2) η παρουσία υπολειπόμενης τάσης λόγω υστέρησης. EMF που προκαλείται στον οπλισμό από την υπολειπόμενη ροή μαγνητισμός, παραμορφώνει τη γραμμική εξάρτηση της τάσης εξόδου από το σήμα εισόδου στην περιοχή των μικρών σημάτων και παραβιάζει τη μοναδικότητα της εξάρτησης των παραμέτρων εξόδου των ενισχυτών της ηλεκτρικής μηχανής από τις εισόδους κατά την αλλαγή της πολικότητας του σήματος εισόδου, δεδομένου ότι μια ροή υπολειπόμενου μαγνητισμού με σταθερή πολικότητα του σήματος θα αυξήσει τη ροή ελέγχου, και όταν η πολικότητα του σήματος άλλαξε, μείωσε τη ροή ελέγχου.

Επιπλέον, υπό την επίδραση του υπολειπόμενου EMF ενός ενισχυτή ηλεκτρικής μηχανής που λειτουργεί σε λειτουργία υπεραντιστάθμισης, με χαμηλή αντίσταση φορτίου και μηδενικό σήμα εισόδου, μπορεί να αυτοδιεγερθεί και να χάσει την ικανότητα ελέγχου. Αυτό το φαινόμενο εξηγείται από μια ανεξέλεγκτη αύξηση της διαμήκους μαγνητικής ροής της μηχανής, αρχικά ίση με την υπολειπόμενη ροή μαγνητισμού, λόγω της κινητήριας δράσης του αντισταθμιστικού πηνίου.

Προκειμένου να εξουδετερωθεί η επιβλαβής επίδραση της ροής του υπολειπόμενου μαγνητισμού στον ενισχυτή της ηλεκτρικής μηχανής, πραγματοποιείται απομαγνητισμός εναλλασσόμενου ρεύματος και οι ίδιοι οι ενισχυτές των ηλεκτρικών μηχανών τοποθετούνται σε αυτόματα συστήματα κάπως ανεπαρκώς.

Πρέπει να σημειωθεί ότι με την εισαγωγή μετατροπέων ημιαγωγών, η χρήση ενισχυτών ηλεκτρικών μηχανών στο σύστημα ηλεκτρικής κίνησης ενός ενισχυτή (γεννήτριας) ηλεκτρικής μηχανής — ο κινητήρας έχει μειωθεί σημαντικά.