Электромашинные усилители. Для управления устройствами постоянного тока, в частности, электродвигателями, требуются мощности от нескольких единиц до нескольких сотен ватт

Для управления устройствами постоянного тока, в частности, электродвигателями, требуются мощности от нескольких единиц до нескольких сотен ватт. В качестве усилителей мощности в этих случаях часто используют электромашинные усилители (ЭМУ).

По своей сути ЭМУ – это генератор постоянного тока, якорь которого вращается вспомогательным электродвигателем. Входное напряжение подается в цепь обмотки возбуждения. Стандартные генераторы постоянного тока в качестве ЭМУ используются редко, так как они обладают малым коэффициентом усиления по мощности К_р = 10…20, статическая характеристика их нелинейна, кроме того, отсутствует возможность размещения дополнительных обмоток.

Используются две основные конструкции ЭМУ:

- ЭМУ с самовозбуждением,

- ЭМУ поперечного поля.

ЭМУ с самовозбуждением.

Схема ЭМУ приведена на рисунке 3.35. Как видно, параллельно обмотке возбуждения (входной) ставится обмотка положительной обратной связи (ОС). Обмотка ОС может включаться как параллельно с нагрузкой (как на рисунке, в этом случае ЭМУ называется регулексом), так и последовательно (в этом случае ЭМУ называется рототролом).

Расчет статической характеристики ЭМУ. Вначале рассчитывается статическая характеристика ЭМУ без ОС.

ЭДС на выходе ЭМУ без реакции якоря

Е = С^.n^.Ф,

где n – число оборотов, Ф – величина потока возбуждения, С – коэффициент, равный

,

Р – число пар полюсов, а – число параллельных секций обмотки якоря, N – число проводников в якоре.

Без учета насыщения

Ф = w_вх^.I_вх^.G_м,

где w_вх – число витков во входной обмотке, I_вх – ток во входной обмотке, G_м – магнитная проводимость магнитопровода. Отсюда

E = C^.n^.w_вх^.G_м^.I_вх

или

I_вых (R_н + R_я) = C^.n^.w_вх^.G_м^.I_вх,

где R_н – сопротивление нагрузки, R_я – сопротивление якоря.

Коэффициенты усиления: по току

,

по мощности

,

где R_вх – входное сопротивление обмотки, h - КПД цепи якоря:

.

Можно показать, что

,

где r - удельное сопротивление провода, - длина среднего витка, Q_вх – площадь сечения входной обмотки, К_з – коэффициент заполнения. Тогда

.

Как видно, величина К_Р определяется площадью сечения Q_вх, а не числом витков w_вх.

Статическая характеристика ЭМУ с учетом ОС строится подобно характеристике МУ с ОС. В частности, для регулекса: без ОС

,

с ОС

,

где

,

R_ос – сопротивление обмотки ОС.

Динамические характеристики регулекса в окрестности некоторого статического режима для холостого хода и при допущениях, что потоки утечки отсутствуют, магнитопровод не насыщен, нет падения напряжения в цепи якоря из-за токов через обмотки ОС, могут быть получены из системы уравнений

где символ D означает отклонение соответствующего параметра от его значения в статическом режиме.

Отсюда передаточная функция ЭМУ

,

где

, ,

, .

В режиме холостого хода K_U0 = K_U, h = 1.

Дата добавления: 2014-01-14