Elektromechanische Verstärker

Ein Verstärker ist ein Gerät, bei dem ein Signal niedriger Leistung (Eingangsmenge) eine relativ hohe Leistung (Ausgangsmenge) steuert. In diesem Fall ist der Ausgangswert eine Funktion des Eingangssignals und die Verstärkung erfolgt durch die Energie einer externen Quelle.

V-Verstärker elektrischer Maschinen geben (gesteuert) elektrische Leistung aus, die aus der mechanischen Leistung des Antriebsmotors erzeugt wird.

Elektromechanische Verstärker (EMUs) sind Gleichstromkollektormaschinen.

Abhängig von der Art der Anregung werden elektrische Maschinenverstärker in Längsfeldverstärker und Transversalfeldverstärker unterteilt.

Zu den Längsfeldverstärkern, bei denen der Haupterregerfluss entlang der Längsachse der Maschine gerichtet ist, gehören:

1) unabhängiger elektrischer Maschinenverstärker,

2) Selbsterregter elektrischer Maschinenverstärker,

3) Zwei-Maschinen-Verstärker,

4) Zwei-Kollektor-Elektromaschinenverstärker,

5) Zwei- und dreistufige elektrische Längsfeldverstärker

Zu den Transversalfeldverstärkern, bei denen der Haupterregerfluss entlang der Querachse der Maschine gerichtet ist, gehören:

1) Elektromechanische Verstärker mit diametraler Teilung der Ankerwicklung,

2) Verstärker für elektrische Maschinen mit halbem Ankerdurchmesser,

3) Elektromechanische Verstärker mit geteiltem Magnetsystem.

Je geringer die Steuerleistung des Elektromaschinenverstärkers ist, desto geringer sind Gewicht und Abmessungen der Steuerausrüstung. Daher ist das Hauptmerkmal der Gewinn. Unterscheiden Sie zwischen Leistungsverstärkung, Stromverstärkung und Spannungsverstärkung.

Die Leistungsverstärkung kp des Verstärkers ist das Verhältnis der Ausgangsleistung Pout zur Eingangsleistung Pin im stationären Betrieb:

kp = Poutput / Pvx

Spannungsverstärkung:

kti = Uout / Uin

wobei Uout die Spannung des Ausgangskreises ist; — Spannung des Eingangskreises.

Stromverstärkung ki Das Verhältnis des Stroms des Ausgangskreises des Az-Ausgangsverstärkers zum Strom des Eingangskreises Azv:

ki = Ich draußen / Azv

Aus dem Gesagten folgt, dass elektrische Maschinenverstärker eine ausreichend hohe Leistungsverstärkung haben können (103 – 105). Ebenso wichtig für den Verstärker ist seine Leistung, die durch die Zeitkonstanten seiner Schaltkreise gekennzeichnet ist.

Sie zielen darauf ab, eine hohe Leistungsverstärkung und eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit aus einem Verstärker einer elektrischen Maschine zu erzielen, d. h. kleinstmögliche Zeitkonstanten.

In automatischen Steuerungssystemen werden Verstärker elektrischer Maschinen als Leistungsverstärker verwendet und arbeiten hauptsächlich in Übergangsmodi, in denen erhebliche Stromüberlastungen auftreten. Eine der Anforderungen an einen Verstärker für elektrische Maschinen ist daher eine gute Überlastfähigkeit.

Zuverlässigkeit und Betriebsstabilität gehören zu den wichtigsten Anforderungen an einen Verstärker für elektrische Maschinen.

Elektrische Maschinenverstärker, die in Flugzeugen und Transportanlagen eingesetzt werden, sollten möglichst klein und leicht sein.

In der Industrie werden am häufigsten unabhängige Maschinenverstärker, selbsterregte Maschinenverstärker und Kreuzfeld-Maschinenverstärker mit Stufendurchmesser verwendet.

Der Leistungsverstärkungsfaktor einer unabhängigen EMU überschreitet 100 nicht. Um den Leistungsverstärkungsfaktor der EMU zu erhöhen, wurden selbsterregte Verstärker für elektrische Maschinen entwickelt.

Eine strukturelle EMU mit Selbsterregung (EMUS) unterscheidet sich von einer unabhängigen EMU nur dadurch, dass die Selbsterregungswicklung auf ihren Erregerpolen koaxial zu den Steuerwicklungen platziert ist, die parallel zur Ankerwicklung oder in Reihe mit dieser geschaltet ist.

Solche Verstärker werden hauptsächlich zur Versorgung der Erregerwicklung des Generators im Generator-Motor-System verwendet. In diesem Fall wird die Dauer des Übergangs durch die Zeitkonstante des Generators bestimmt.

Im Gegensatz zu unabhängigen EMUs und selbsterregten EMUs (EMUS), bei denen der Haupterregungsfluss der longitudinale magnetische Fluss ist, der entlang der Erregerpole gerichtet ist, ist der Haupterregungsfluss bei Transversalfeld-EMUs der Querfluss aus der Ankerreaktion.

Das wichtigste statische Merkmal der Kreuzfeld-EMU ist der Leistungsverstärkungsfaktor. Aufgrund der Tatsache, dass es sich bei der Kreuzfeld-EMU um einen zweistufigen Verstärker handelt, wird ein großer Gewinn erzielt. Die erste Verstärkungsstufe: Die Steuerspule wird mit den Querbürsten kurzgeschlossen.Zweite Stufe: kurzgeschlossene Kette aus Querbürsten – Ausgangskette aus Längsbürsten. Daher beträgt die Gesamtleistungsverstärkung kp = kp1kp2, wobei kp1 die Verstärkung der 1. Stufe ist; kp2 – Verstärkungsfaktor der 2. Stufe.

Beim Einsatz von Verstärkern elektrischer Maschinen in geschlossenen automatischen Steuersystemen (Stabilisatoren, Regler, Nachführsysteme) sollte die Maschine leicht unterkompensiert werden (k = 0,97 ÷ 0,99), da bei Überkompensation im System während der Arbeit eine Fehlstörung auftritt Aufgrund der verbleibenden m.s.-Kompensationsspule treten Störungen auf, die zum Auftreten von Eigenschwingungen im System führen.

Die Gesamtleistungsverstärkung der Querfeld-EMU ist proportional zur vierten Potenz der Ankerdrehzahl, der magnetischen Leitfähigkeit entlang der Quer- und Längsachse und hängt vom Verhältnis der Widerstände der Maschinenwicklungen und der Last ab.

Daraus folgt, dass der Verstärker eine höhere Leistungsverstärkung, einen weniger gesättigten Magnetkreis und eine höhere Rotationsgeschwindigkeit aufweist. Eine übermäßige Erhöhung der Drehzahl ist nicht möglich, da die Wirkung der Schaltströme deutlich zunimmt. Daher wird bei einer übermäßigen Erhöhung der Geschwindigkeit aufgrund einer Erhöhung der Schaltströme die Leistungsverstärkung nicht erhöht und kann sogar abnehmen.

Anwendung von Verstärkern für elektrische Maschinen

Verstärker für elektrische Maschinen werden in Massenproduktion hergestellt und häufig in automatischen Steuerungssystemen und automatisierten elektrischen Antrieben eingesetzt.In Generator-Motor-Systemen sind der Generator und oft auch der Erreger im Wesentlichen unabhängige elektrische Maschinenverstärker, die in Kaskade geschaltet sind. Am gebräuchlichsten sind elektrische Transversalfeldverstärker. Diese Verstärker haben eine Reihe von Vorteilen, die wichtigsten sind:

1) hoher Leistungsgewinn.

2) geringe Eingangsleistung,

3) ausreichende Geschwindigkeit, also kleine Zeitkonstanten der Verstärkerschaltungen. Die Spannungsanstiegszeit von Null auf den Nennwert beträgt bei Industrieverstärkern mit einer Leistung von 1-5 kW 0,05-0,1 Sek.

4) ausreichende Zuverlässigkeit, Haltbarkeit und große Grenzen der Leistungsschwankung,

5) die Möglichkeit, die Eigenschaften durch Änderung des Kompensationsgrades zu ändern, was es ermöglicht, die erforderlichen äußeren Eigenschaften zu erhalten.

Zu den Nachteilen von Verstärkern für elektrische Maschinen gehören:

1) relativ große Abmessungen und Gewicht im Vergleich zu Gleichstromgeneratoren gleicher Leistung, da ein ungesättigter Magnetkreis verwendet wird, um große Gewinne zu erzielen,

2) das Vorhandensein einer Eigenspannung aufgrund der Hysterese. EMF, die durch den Restfluss im Anker induziert wird Magnetismus, verzerrt die lineare Abhängigkeit der Ausgangsspannung vom Eingangssignal im Bereich kleiner Signale und verletzt die Eindeutigkeit der Abhängigkeit der Ausgangsparameter der Verstärker der elektrischen Maschine von den Eingangsparametern beim Wechsel der Polarität des Eingangssignals, da ein Restmagnetismusfluss bei konstanter Polarität des Signals den Kontrollfluss erhöht, und wenn sich die Polarität des Signals ändert, verringert sich der Kontrollfluss.

Darüber hinaus kann es unter dem Einfluss der Rest-EMK eines Verstärkers einer elektrischen Maschine, der im Überkompensationsmodus mit niedrigem Lastwiderstand und einem Eingangssignal von Null arbeitet, zu Selbsterregung kommen und die Steuerbarkeit verlieren. Dieses Phänomen wird durch einen unkontrollierbaren Anstieg des Längsmagnetflusses der Maschine erklärt, der zunächst gleich dem Restmagnetfluss ist und aufgrund der Antriebswirkung der Kompensationsspule auftritt.

Um die schädliche Wirkung des Restmagnetismusflusses im Verstärker der elektrischen Maschine zu neutralisieren, wird eine Wechselstromentmagnetisierung durchgeführt und die Verstärker der elektrischen Maschinen selbst sind in automatischen Systemen etwas unzureichend untergebracht.

Es ist zu beachten, dass mit der Einführung von Halbleiterwandlern der Einsatz von Verstärkern für elektrische Maschinen im elektrischen Antriebssystem eines Verstärkers (Generators) einer elektrischen Maschine – des Motors – erheblich reduziert wurde.