Sähkömekaaniset vahvistimet

Vahvistin on laite, jossa pienitehoinen signaali (tulomäärä) ohjaa suhteellisen suurta tehoa (lähtömäärää). Tässä tapauksessa lähtöarvo on tulosignaalin funktio ja vahvistus johtuu ulkoisen lähteen energiasta.

Sähkökoneiden V-vahvistimet tuottavat (ohjattua) sähkötehoa käyttömoottorin mekaanisesta tehosta.

Sähkömekaaniset vahvistimet (EMU) ovat DC-kollektorikoneita.

Herätysmenetelmästä riippuen sähkökonevahvistimet jaetaan pitkittäiskenttävahvistimiin ja poikittaiskenttävahvistimiin.

Pituussuuntaisia ​​kenttävahvistimia, joissa pääviritysvirta suunnataan pitkin koneen pituusakselia, ovat:

1) itsenäinen sähkökonevahvistin,

2) Itseherättyvä sähkökonevahvistin,

3) kahden koneen vahvistimet,

4) kahden kollektorin sähkökonevahvistin,

5) kaksi- ja kolmivaiheiset pitkittäiskentän sähkökonevahvistimet

Poikittaiskentän vahvistimet, joissa pääviritysvirta suunnataan pitkin koneen poikittaisakselia, sisältävät:

1) Sähkömekaaniset vahvistimet, joissa on ankkurikäämin halkaisijaväli,

2) puolihalkaisijaiset ankkurikorkeussähkövahvistimet,

3) Sähkömekaaniset vahvistimet jaetulla magneettijärjestelmällä.

Mitä pienempi sähkökonevahvistimen ohjausteho on, sitä pienempi on ohjauslaitteiston paino ja mitat. Siksi tärkein ominaisuus on voitto. Erota tehovahvistuksen, virran vahvistuksen ja jännitteen vahvistuksen välillä.

Vahvistimen tehovahvistus kp on lähtötehon Pout ja tulotehon Pin suhde vakaassa tilassa:

kp = Poutput / Pvx

Jännitteen vahvistus:

kti = Uout / Uin

missä Uout on lähtöpiirin jännite; — tulopiirin jännite.

Virran vahvistus ki Az-lähtövahvistimen lähtöpiirin virran suhde tulopiirin Azv virtaan:

ki = Minä ulkona / Azv

Sanomasta seuraa, että sähkökonevahvistimilla voi olla riittävän suuri tehovahvistus (103 - 105). Yhtä tärkeä vahvistimelle on sen suorituskyky, jolle on tunnusomaista sen piirien aikavakiot.

Niillä pyritään saamaan suuri tehovahvistus ja korkea vastenopeus sähkökonevahvistimesta, ts. pienimmät mahdolliset aikavakiot.

Automaattisissa ohjausjärjestelmissä sähkökonevahvistimia käytetään tehovahvistimina ja ne toimivat ensisijaisesti transienttitiloissa, joissa esiintyy merkittäviä virran ylikuormituksia. Siksi yksi sähkökonevahvistimen vaatimuksista on hyvä ylikuormituskyky.

Luotettavuus ja toiminnan vakaus ovat sähkökonevahvistimen tärkeimpiä vaatimuksia.

Lentokoneissa ja kuljetusasennuksissa käytettävien sähkökonevahvistimien tulee olla mahdollisimman pieniä ja kevyitä.

Teollisuudessa yleisimmin käytettyjä ovat riippumattomat konevahvistimet, itsevirittyvät konevahvistimet ja porrashalkaisijaiset poikkikentän konevahvistimet.

Itsenäisen EMU:n tehovahvistuskerroin ei ylitä 100:a. EMU:n tehonvahvistuskertoimen lisäämiseksi luotiin itsevirittyvät sähkökonevahvistimet.

Itseherätyksellä varustettu rakenteellinen EMU (EMUS) eroaa itsenäisestä EMU:sta vain siinä, että itseherätyskäämi on asetettu herätenapoilleen koaksiaalisesti ohjauskäämien kanssa, joka on kytketty rinnan ankkurikäämin kanssa tai sarjaan sen kanssa.

Tällaisia ​​vahvistimia käytetään pääasiassa generaattori-moottorijärjestelmän generaattorin virityskäämin tehostamiseen, ja tässä tapauksessa transientin kesto määräytyy generaattorin aikavakion mukaan.

Toisin kuin itsenäisissä EMU:issa ja itsevirittyneissä EMU:issa (EMUS), joissa pääviritysvuo on pitkittäinen magneettivuo, joka on suunnattu pitkin viritysnapoja, poikittaiskentän EMU:issa pääviritysvirta on ankkurireaktiosta peräisin oleva poikittaisvuo.

Cross-field EMU:n tärkein staattinen ominaisuus on tehonvahvistuskerroin. Suuri voitto saadaan johtuen siitä, että cross-field EMU on kaksivaiheinen vahvistin. Vahvistuksen ensimmäinen vaihe: ohjauskela oikosuljetaan poikittaisharjoihin.Toinen vaihe: oikosuljettu poikittaisharjojen ketju - pitkittäisten harjojen lähtöketju. Siksi kokonaistehovahvistus on kp = kp1kp2, missä kp1 on 1. vaiheen vahvistus; kp2 — 2. vaiheen vahvistuskerroin.

Käytettäessä sähkökoneiden vahvistimia suljetuissa automaattisissa ohjausjärjestelmissä (stabilisaattorit, säätimet, seurantajärjestelmät), koneen tulee olla hieman alikompensoitu (k = 0,97 ÷ 0,99), koska jos järjestelmässä tapahtuu ylikompensaatio työn aikana, syntyy väärä häiriö. esiintyy jäännös-ms.-kompensointikäämin takia, mikä johtaa itsevärähtelyjen esiintymiseen järjestelmässä.

Poikittaiskentän EMU:n kokonaistehonlisäys on verrannollinen ankkurin pyörimisnopeuden neljänteen potenssiin, magneettiseen johtavuuteen poikittais- ja pituusakselilla ja riippuu koneen käämien vastusten ja kuorman suhteesta.

Tästä seuraa, että vahvistimella on suurempi tehonvahvistus, vähemmän kylläinen magneettipiiri ja suurempi sen pyörimisnopeus. Pyörimisnopeutta on mahdotonta lisätä liikaa, koska kytkentävirtojen vaikutus alkaa kasvaa merkittävästi. Siksi kytkentävirtojen lisääntymisestä johtuvan nopeuden liiallisella kasvulla tehonvahvistus ei kasva ja voi jopa pienentyä.

Sähkökonevahvistimien käyttö

Sähkökonevahvistimet ovat massatuotettuja ja niitä käytetään laajalti automaattisissa ohjausjärjestelmissä ja automatisoiduissa sähkökäytöissä.Generaattori-moottorijärjestelmissä generaattori ja usein heräte ovat olennaisesti itsenäisiä sähkökonevahvistimia, jotka on kytketty sarjaan. Yleisimmät ovat poikittaiskentän sähkövahvistimet. Näillä vahvistimilla on useita etuja, joista tärkeimmät ovat:

1) suuri tehonvahvistus.

2) pieni syöttöteho,

3) riittävä nopeus eli vahvistinpiirien pienet aikavakiot. Jännitteen nousuaika nollasta nimellisarvoon teollisilla vahvistimilla, joiden teho on 1-5 kW, on 0,05-0,1 sekuntia,

4) riittävä luotettavuus, kestävyys ja laajat tehovaihtelurajat,

5) mahdollisuus muuttaa ominaisuuksia muuttamalla kompensaatioastetta, mikä mahdollistaa tarvittavien ulkoisten ominaisuuksien saamisen.

Sähkökonevahvistimien haittoja ovat:

1) suhteellisen suuret mitat ja paino verrattuna saman tehon tasavirtageneraattoreihin, koska tyydyttymätöntä magneettipiiriä käytetään suurten vahvistusten saamiseksi,

2) hystereesistä johtuva jäännösjännitys. Jäännösvuon aiheuttama EMF ankkuriin magnetismi, vääristää lähtöjännitteen lineaarista riippuvuutta tulosignaalista pienten signaalien alueella ja rikkoo sähkökoneen vahvistimien lähtöparametrien riippuvuuden ainutlaatuisuutta tulosignaaleista muuttaessaan tulosignaalin napaisuutta, koska jäännösmagnetismin vuo, jolla signaalin polariteetti on vakio, lisäsi ohjausvirtausta ja kun signaalin napaisuus muuttui, se pienensi ohjausvirtausta.

Lisäksi ylikompensaatiotilassa toimivan sähkökonevahvistimen jäännös-EMF:n vaikutuksesta alhaisella kuormitusvastuksella ja nollatulosignaalilla se voi virittyä itsestään ja menettää hallittavuuden. Tämä ilmiö selittyy koneen pitkittäisen magneettivuon hallitsemattomalla kasvulla, joka on alun perin yhtä suuri kuin jäännösmagnetismivuo, mikä johtuu kompensointikelan käyttötoiminnasta.

Jäännösmagnetismin virtauksen haitallisen vaikutuksen neutraloimiseksi sähkökoneen vahvistimessa suoritetaan vaihtovirtademagnetointi, ja itse sähkökoneiden vahvistimet sijoitetaan automaattisiin järjestelmiin hieman riittämättömästi.

On huomattava, että puolijohdemuuntimien käyttöönoton myötä sähkökonevahvistimien käyttö sähkökoneen vahvistimen (generaattorin) sähkökäyttöjärjestelmässä on vähentynyt merkittävästi.