Електромеханички појачавачи

Појачало је уређај у којем сигнал мале снаге (улазна величина) контролише релативно велику снагу (излазну количину). У овом случају, излазна вредност је функција улазног сигнала и појачање се јавља услед енергије спољашњег извора.

В појачивачи електричних машина излазна (контролисана) електрична снага се генерише из механичке снаге погонског мотора.

Електромеханички појачавачи (ЕМУ) су ДЦ колекторске машине.

У зависности од начина побуде, појачавачи електричних машина се деле на појачиваче уздужног поља и попречне појачиваче поља.

Уздужни појачивачи поља, где је главни флукс побуде усмерен дуж уздужне осе машине, укључују:

1) независно електрично машинско појачало,

2) Самопобуђено електрично машинско појачало,

3) двомашински појачивачи,

4) двоколекторски електрични машински појачавач,

5) двостепени и тростепени електрични машински појачавачи уздужног поља

Појачивачи попречног поља, у којима је главни флукс побуде усмерен дуж попречне осе машине, укључују:

1) Електромеханички појачавачи са дијаметралним кораком намотаја арматуре,

2) појачала електричних машина са арматурним кораком полупречника,

3) Електромеханички појачавачи са сплит магнетним системом.

Што је мања контролна снага појачавача електричне машине, то је мања тежина и димензије контролне опреме. Дакле, главна карактеристика је профит. Разликујте појачање снаге, појачање струје и појачање напона.

Добитак снаге појачавача кп је однос излазне снаге Поут и улазне снаге Пин у стационарном раду:

кп = Излаз / Пвк

Појачање напона:

кти = Уоут / Уин

где је Уоут напон излазног кола; — напон улазног кола.

Струјни добитак ки Однос струје излазног кола Аз излазног појачивача према струји улазног кола Азв:

ки = Ја напољу / Азв

Из реченог произилази да појачавачи електричних машина могу имати довољно велики добитак снаге (103 — 105). Подједнако важне за појачало су његове перформансе, које карактеришу временске константе његових кола.

Они имају за циљ да добију велико појачање снаге и велику брзину одзива од електричног машинског појачала, тј. најмање могуће временске константе.

У системима аутоматског управљања, електрични машински појачавачи се користе као појачавачи снаге и раде првенствено у прелазним режимима током којих долази до значајних струјних преоптерећења. Стога је један од захтева за појачало електричних машина добар капацитет преоптерећења.

Поузданост и стабилност рада су међу најважнијим захтевима за појачало електричних машина.

Појачала електричних машина која се користе у авионима и транспортним инсталацијама треба да буду што мања и лакша.

У индустрији су најшире коришћени независни машински појачивачи, самопобуђени машински појачивачи и машински појачавач са унакрсним пречником корака.

Фактор појачања снаге независног ЕМУ-а не прелази 100. Да би се повећао фактор појачања снаге ЕМУ-а, створени су самопобуђени појачивачи електричних машина.

Структурни ЕМУ са самопобудом (ЕМУС) разликује се од независног ЕМУ само по томе што је самопобудни намотај постављен на своје побудне полове коаксијално са контролним намотајима, који је повезан паралелно са намотајем арматуре или у серији са њим.

Овакви појачавачи се углавном користе за напајање побудног намотаја генератора у систему генератор-мотор, а у овом случају трајање прелазног процеса је одређено временском константом генератора.

За разлику од независних ЕМУ-а и ЕМУ-а са самопобуђеним (ЕМУС), где је главни флукс побуде уздужни магнетни флукс усмерен дуж полова побуде, у ЕМУ-овима попречног поља главни побудни флукс је попречни флукс из реакције арматуре.

Најважнија статичка карактеристика ЕМУ унакрсног поља је фактор појачања снаге. Велики добитак се добија због чињенице да је ЕМУ са попречним пољем двостепени појачавач. Прва фаза појачања: контролни калем је кратко спојен на попречне четке.Друга фаза: кратко спојени ланац попречних четкица - излазни ланац уздужних четкица. Дакле, укупни добитак снаге је кп = кп1кп2, где је кп1 појачање 1. степена; кп2 — фактор појачања 2. степена.

Приликом употребе појачавача електричних машина у затвореним системима аутоматског управљања (стабилизатори, регулатори, системи за праћење), машина треба да буде благо поткомпензована (к = 0,97 ÷ 0,99), јер ће у случају прекомерне компензације у систему током рада, доћи до лажног поремећаја. настају услед заосталог м.с компензационог намотаја, што ће довести до појаве аутоосцилација у систему.

Укупан добитак снаге ЕМУ попречног поља је пропорционалан четвртом степену брзине ротације арматуре, магнетној проводљивости дуж попречне и уздужне осе и зависи од односа отпора намотаја машине и оптерећења.

Из тога следи да ће појачало имати већи добитак снаге, мање засићено магнетно коло и већу брзину његове ротације. Немогуће је прекомерно повећати брзину ротације, јер ефекат преклопних струја почиње значајно да се повећава. Због тога, са прекомерним повећањем брзине услед повећања струја пребацивања, појачање снаге се неће повећати и може се чак смањити.

Примена електричних машинских појачала

Појачала за електричне машине се масовно производе и широко се користе у системима аутоматског управљања и аутоматизованим електричним погонима.У системима генератор-мотор, генератор, а често и побуђивач, су у суштини независни електрични машински појачавачи повезани каскадно. Најчешћи су електрични појачивачи попречног поља. Ови појачивачи имају низ предности, а главне су:

1) велико повећање снаге.

2) мала улазна снага,

3) довољна брзина, односно мале временске константе кола појачавача. Време пораста напона од нуле до номиналне вредности за индустријске појачиваче снаге 1-5 кВ је 0,05-0,1 сек,

4) довољну поузданост, издржљивост и широке границе варијације снаге,

5) могућност промене карактеристика променом степена компензације, што омогућава добијање потребних спољашњих карактеристика.

Недостаци електричних машинских појачала укључују:

1) релативно велике димензије и тежина у поређењу са ДЦ генераторима исте снаге, пошто се незасићено магнетно коло користи за добијање великих добитака,

2) присуство заосталог напрезања услед хистерезе. ЕМФ индукована у арматури резидуалним флуксом магнетизам, искривљује линеарну зависност излазног напона од улазног сигнала у области малих сигнала и нарушава јединственост зависности излазних параметара појачавача електричне машине од улазних при промени поларитета улазног сигнала, пошто ће флукс заосталог магнетизма са константним поларитетом сигнала повећати контролни ток, а када се промени поларитет сигнала, смањиће контролни ток.

Поред тога, под утицајем заосталог ЕМФ појачавача електричне машине који ради у режиму прекомерне компензације, са ниским отпором оптерећења и нултим улазним сигналом, може се самоузбудити и изгубити управљивост. Ова појава се објашњава неконтролисаним повећањем уздужног магнетног флукса машине, у почетку једнаког флуксу заосталог магнетизма, услед погонског дејства компензационог намотаја.

Да би се неутралисало штетно дејство тока заосталог магнетизма у појачавачу електричне машине, врши се демагнетизација наизменичном струјом, а сами појачавачи електричних машина су донекле недовољно смештени у аутоматске системе.

Треба напоменути да је увођењем полупроводничких претварача значајно смањена употреба електричних машинских појачала у систему електричног погона појачавача (генератора) електричне машине — мотора.