Принцип работы электромашинного усилителя

В САР часто необходимо сигналами малой мощности управлять мощными приводными устройствами. Для усиления электрических сигналов малой мощности в электромеханических системах часто применяют ЭМУ. В РЛС ЭМУ применяют для управления электродвигателями постоянного тока большой мощности (до десятков и сотен киловатт). ЭМУ представляет собой двухполюсный генератор постоянного тока с посторонним возбуждением. Входом усилителя является обмотка возбуждения, а выходом – обмотка якоря.

Сущность усиления мощности ЭМУ состоит в том, что при всяком изменении величины и направления тока в цепи возбуждения будет происходить такое же по характеру изменение тока в цепи якоря. При этом выделяемая мощность в 100 ÷ 10000 раз больше той мощности, которая затрачивается на управление в цепи возбуждения.

Усиление сигнала по мощности происходит за счет механической энергии приводного двигателя, вращающего якорь генератора, то есть происходит преобразование энергии вращения электродвигателя в электрическую энергию на выходном валу ЭМУ.

ЭМУ большой мощности приводится во вращение отдельным двигателем.

Коэффициентом усиления ЭМУ по мощности называется отношение мощности на выходе ЭМУ к мощности, подводимой к обмотке возбуждения (управления)

к_р = Р_вых / Р_вх.

Электромашинный усилитель состоит из генератора постоянного тока с несколькими обмотками возбуждения и вспомогательного двигателя, предназначенного для вращения якоря генератора с постоянной скоростью.

ЭМУ бывает:

- с независимым возбуждением;

- со смешанным возбуждением;

- с поперечным полем.

ЭМУ с независимым возбуждением

Изменением величины тока I в обмотке управления (ОУ) можно регулировать величину тока I_я , проходящего через нагрузку R_н рис. 5, а.Для повышения коэффициента усиления ЭМУ магнитную цепь генератора выполняют из материалов с высокой магнитной проницаемостью μ, а величину воздушного зазора берут минимальной

к_р = 20 ÷ 25

ЭМУ со смешанным возбуждением

Схема ЭМУ со смешанным возбуждением представлена на рис. 5, б. Обмотка О₁ параллельна обмотке возбуждения. Магнитный поток, создаваемый обмоткой О₁ недостаточен для самовозбуждения

к_н = U_вых /U_вх = ∞

Однако такой коэффициент получить нельзя из-за явления магнитного насыщения материала полюсов

к_н = 500 ÷ 1000

ЭМУ с поперечным полем

Наиболее совершенным типом ЭМУ является ЭМУ с поперечным полем. Он представляет собой генератор постоянного тока, в котором используется поток реакции якоря в качестве рабочего потока возбуждения.

Якорь генератора приводится во вращение специальным двигателем. Одна пара щеток генератора А1 и А2 расположена на поперечной оси, как у обычного генератора, а другая пара Б1 и Б2 – на продольной оси.

Щетки А1 и А2 соединены накоротко и образуют вместе с частью обмотки якоря генератора замкнутый контур (рис. 6).

Ток Iу создает поток Фу, направленный по продольной оси. В якоре, вращающемся в потоке Фу, возникает ЭДС, которая снимается к.з. щетками А1 и А2. Ток Iк создает поток Фк, направленный по поперечной оси. Величина этого потока зависит от величины Фу, угловой скорости якоря и сопротивления к.з. контура.

В якоре ЭМУ, вращающемся в потоке Фк, возникает новая ЭДС, которая снимается щетками Б1 и Б2, расположенными на продольной оси ЭМУ. Возникающий от тока нагрузки Iя поток реакции якоря Фя направлен по продольной оси ЭМУ навстречу Фу. Для того, чтобы устранить влияние реакции якоря, служит компенсационная обмотка (КО), поток Фо, который направлен навстречу потоку Фя и сводит его значение до нуля. Величина потока Фо регулируется реостатом R₀ .

1-й каскад усиления Ку₁ = 100

2-й каскад усиления Ку₂ = 100.

Ку = Ку₁ Ку₂ = 100 · 100 = 10 000.

Четвертый учебный вопрос