Електромашинні підсилювачі. Загальні відомості. Класифікація

Електромашинні підсилювачі (ЕМП) – це спеціальні електричні генератори (частіше постійного, рідше змінного струму), вихідна потужність яких регулюється зміною потужності керування (збудження), в багато раз меншої вихідної потужності.

Найпростішим ЕМП може бути генератор постійного струму з незалежним збудженням. Відомо, що вихідна напруга, а тому, і вихідна потужність генератора залежать від магнітного потоку збудження. Таким чином, обмотка збудження генератора може бути керуючою обмоткою. Змінюючи струм збудження, можна в широких межах змінювати величину вихідної потужності, тобто керувати процесом перетворення механічної потужності приводного двигуна в електричну потужність на виході генератора. Звичайні генератори постійного струму при використанні їх в якості ЕМП мають істотні недоліки, тому в якості ЕМП використовуються спеціальні електричні машини.

ЕМП досить різноманітні як за будовою, так і за принципом дії.

За родом струму їх можна розділити на ЕМП постійного і змінного струму.

За числом ступенів підсилення – на одно-, двох- і триступінчаті.

За напрямком потоку збудження вихідного ступеня – на ЕМП поздовжнього і поперечного поля.

Конструктивно ЕМП часто виконують в одному корпусі з приводним електродвигуном (постійного або змінного струму).

Головні експлуатаційні властивості ЕМП характеризуються слідуючими параметрами: коефіцієнтом підсилення; постійною часу; коефіцієнтом добротності; ступенем можливого форсування.

Коефіцієнт підсилення – це відношення якої-небудь величини на виході ЕМП (струму, напруги або потужності) до відповідної величини на вході (обмотки керування). Розрізняють коефіцієнти підсилення за струмом, напругою, потужністю відповідно:

к_I = I_вих/І_к; к_U = U_вих/U_к; к_Р = Р_вих/Р_к. (1.5.1)

Тут I_вих, U_вих і Р_вих – струм, напруга і потужність на виході ЕМП, І_к, U_к і Р_к – струм, напруга і потужність на вході ЕМП, тобто в колі обмотки керування.

Частіше всього властивості ЕМП характеризуються коефіцієнтом підсилення за потужністю

к_Р = U_вихІ_вих/(U_кI_к). (1.5.2)

Постійна часу Т характеризує інерційність ЕМП і визначається швидкістю електромагнітних процесів. Постійна часу електричного кола дорівнює відношенню індуктивності кола до його активного опору. Наприклад, постійна часу обмотки керування

Т_к = L_к/R_к. (1.5.3)

В сучасних ЕМП постійні часу коливаються від сотих долей секунди у малопотужних підсилювачах (до 1 кВт) до десятих долей секунди в підсилювачах потужністю 10 кВт і більше.

Коефіцієнтом добротності ЕМП називається відношення коефіцієнта підсилення за потужністю до суми постійних часу окремих ступенів підсилення:

к_D = к_Р/(Т₁+Т₂+…). (1.5.4)

Слід підкреслити, що сума постійних часу окремих ступенів може бути лише мірою при порівнянні ЕМП, але не є постійною часу ЕМП в цілому (Т₁ + Т₂ + … ¹ Т). Останнє пояснюється тим, що процеси в окремих ступенях розпочинаються майже одночасно.

Коефіцієнт добротності к_D збільшується зі збільшенням потужності ЕМП, досягаючи сотень тисяч секунд в мінус першому ступеню. Він залежить від типу ЕМП, числа його ступенів і т.п.

Ступенем можливого форсування характеризується перевантажувальна здатність ЕМП. Ступенем форсування за струмом j_І або напругою j_U називається відношення максимально допустимих струму або напруги на виході до їх номінальних величин:

j_І = I_max/I_ном; j_U = U_max/І_ном.

Ступінь форсування ЕМП, що мають колектор, обмежується умовами комутації (іскрінням на колекторі). Щоб збільшити j_І, ЕМП навіть порівняно невеликих потужностей забезпечують додатковими полюсами і компенсаційними обмотками. Як правило, j_І = 1,5 ¸ 2.

Ступінь форсування за напругою j_U обмежується насиченням магнітного кола. Як правило, j_U = 1,5 ¸ 2 і лише в спеціальних ЕМП досягає трьох.

Васюра А.С. – книга “Електромашинні елементи та пристрої систем управління і автоматики”