Электромашинные усилители (ЭМУ) — это специальные электрические генераторы (чаще постоянного, реже переменного тока) выходная мощность которых регулируется изменением мощности управления (возбуждения), во много раз меньшей выходной мощности.
Простейшим ЭМУ может служить генератор постоянного тока с независимым возбуждением. Известно, что выходное напряжение, а следовательно, и выходная мощность генератора зависят от магнитного потока возбуждения. Таким образом, обмотка возбуждения генератора может служить управляющей обмоткой. Изменяя ток возбуждения, можно в широких пределах менять величину выходной мощности, т. е. управлять процессом превращения механической мощности приводного двигателя в электрическую мощность на выходе генератора.
Обычные генераторы постоянного тока при использовании их в качестве ЭМУ обладают существенными недостатками, поэтому в качестве ЭМУ используются специальные электрические машины.
ЭМУ весьма разнообразны как по устройству, так и по принципу действия.
|
|
По роду тока их можно разделить на ЭМУ постоянного и переменного тока.
По числу ступеней усиления — на одно-, двух- и трехступенчатые.
По направлению потока возбуждения выходной ступени — на ЭМУ продольного и поперечного поля.
Конструктивно ЭМУ часто выполняют в одном корпусе с приводным электродвигателем (постоянного или переменного тока).
Основные эксплуатационные свойства ЭМУ характеризуются следующими параметрами: коэффициентом усиления; постоянной времени; коэффициентом добротности; степенью возможной форсировки.
Коэффициент усиления — это отношение какой-либо величины на выходе ЭМУ (тока, напряжения или мощности) к соответствующей величине на входе (обмотке управления).
Различают коэффициенты усиления по току, напряжению, мощности соответственно:
. (2.1)
Здесь Iвых, Uвых и Рвых — ток, напряжение и мощность на выходе ЭМУ; Iу, Uу и Ру — ток, напряжение и мощность на входе ЭМУ, т. е. в цепи обмотки управления.
Чаще всего свойства ЭМУ характеризуют коэффициентом усиления по мощности
(2.2)
Постоянная времени T характеризует инерционность ЭМУ и определяется скоростью электромагнитных процессов. Постоянная времени электрической цепи равна отношению индуктивности цепи к ее активному сопротивлению. Например, постоянная времени обмотки управления
(2.3)
В современных ЭМУ постоянные времени колеблются от сотых долей секунды в маломощных ЭМУ (до 1 кВт) до десятых долей секунды в усилителях мощностью 10 кВт и более.
Коэффициентом добротности ЭМУ называется отношение коэффициента усиления по мощности к сумме постоянных времени отдельных ступеней усиления:
|
|
. (2.4)
Следует заметить, что сумма постоянных времени отдельных ступеней может служить лишь мерой при сравнении ЭМУ, но не является постоянной времени ЭМУ в целом (Т1+Т2+…≠Т).
Последнее объясняется тем, что процессы в отдельных ступенях начинаются почти одновременно.
Коэффициент добротности kD возрастает с увеличением мощности ЭМУ,- достигая сотен тысяч секунд в минус первой степени. Он зависит от типа ЭМУ, числа его ступеней усиления и т. п.
Степенью возможной форсировки характеризуется перегрузочная способность ЭМУ. Степенью форсировки по току φI или напряжению φU называется отношение максимально допустимых тока или напряжения на выходе к их номинальным величинам:
Степень форсировки ЭМУ, имеющих коллектор, ограничивается условиями коммутации (искрением на коллекторе). Чтобы увеличить φI, ЭМУ даже сравнительно небольших мощностей снабжают добавочными полюсами и компенсационными обмотками. Обычно φI=1,5÷2.
Степень форсировки по напряжению φU ограничивается насыщением магнитной цепи. Обычно φU =1,5÷2 и лишь в специальных ЭМУ достигает трех.