Elektromehaanilised võimendid

Võimendi on seade, milles väikese võimsusega signaal (sisendkogus) juhib suhteliselt suurt võimsust (väljundkogust). Sel juhul on väljundväärtus sisendsignaali funktsioon ja võimendus tekib välise allika energia tõttu.

Elektrimasinate V-võimendid väljastavad (juhitavad) elektrienergiat ajamimootori mehaanilisest võimsusest.

Elektromehaanilised võimendid (EMU) on alalisvoolu kollektormasinad.

Ergastusmeetodi järgi jagunevad elektrimasinate võimendid pikivälja võimenditeks ja põikväljavõimenditeks.

Pikivälja võimendid, kus põhiline ergutusvoog on suunatud piki masina pikitelge, hõlmavad:

1) sõltumatu elektrimasina võimendi,

2) iseergastuv elektrimasina võimendi,

3) kahe masinaga võimendid,

4) kahe kollektoriga elektrimasina võimendi,

5) kahe- ja kolmeastmelised pikivälja elektrimasinavõimendid

Põikvälja võimendid, milles peamine ergutusvoog on suunatud piki masina risttelge, hõlmavad:

1) elektromehaanilised võimendid armatuuri mähise diameetrilise sammuga,

2) poole läbimõõduga armatuuri sammuga elektrimasina võimendid,

3) Jaotatud magnetsüsteemiga elektromehaanilised võimendid.

Mida väiksem on elektrimasina võimendi juhtimisvõimsus, seda väiksem on juhtimisseadmete kaal ja mõõtmed. Seetõttu on peamine omadus kasum. Eristage võimsuse võimendust, voolu võimendust ja pinge võimendust.

Võimendi võimsusvõimendus kp on väljundvõimsuse Pout ja sisendvõimsuse Pin suhe püsiseisundis:

kp = Poutput / Pvx

Pinge võimendus:

kti = Uout / Uin

kus Uout on väljundahela pinge; — sisendahela pinge.

Vooluvõimendus ki Az väljundvõimendi Az väljundahela voolu ja sisendahela Azv voolu suhe:

ki = Mina väljaspool / Azv

Öeldust järeldub, et elektrimasinate võimendid võivad olla piisavalt suure võimsuse võimendusega (103 — 105). Võimendi jaoks on sama oluline ka selle jõudlus, mida iseloomustavad selle ahelate ajakonstandid.

Nende eesmärk on saada elektrimasina võimendilt suur võimsusvõimendus ja kõrge reageerimiskiirus, s.t. väikseimad võimalikud ajakonstandid.

Automaatjuhtimissüsteemides kasutatakse elektrimasinate võimendeid võimsusvõimenditena ja need töötavad eelkõige siirderežiimides, mille käigus tekivad olulised vooluülekoormused. Seetõttu on elektrimasina võimendi üheks nõudeks hea ülekoormusvõime.

Töökindlus ja töö stabiilsus on elektrimasina võimendi jaoks kõige olulisemad nõuded.

Lennukites ja transpordiseadmetes kasutatavad elektrimasinate võimendid peaksid olema võimalikult väikesed ja kerged.

Tööstuses on kõige laialdasemalt kasutusel sõltumatud masinvõimendid, iseergastuvad masinvõimendid ja astmelise läbimõõduga ristväljaga masinavõimendid.

Sõltumatu EMU võimsusvõimendustegur ei ületa 100. EMU võimsusvõimendusteguri suurendamiseks loodi iseergastuvad elektrimasinavõimendid.

Iseergastusega struktuurne EMU (EMUS) erineb iseseisvast EMU-st vaid selle poolest, et selle ergutuspoolustele on paigutatud iseergutusmähis juhtmähistega koaksiaalselt, mis on ühendatud paralleelselt armatuurimähisega või sellega järjestikku.

Selliseid võimendeid kasutatakse peamiselt generaatori ergutusmähise toiteks generaator-mootorsüsteemis ja sel juhul määrab siirde kestuse generaatori ajakonstandi.

Erinevalt sõltumatutest EMU-dest ja iseergastavatest EMU-dest (EMUS), kus peamiseks ergastusvooks on piki ergastuspooluseid suunatud magnetvoog, on põikvälja EMU-des peamine ergastav voog armatuuri reaktsioonist tulenev põikvoog.

Väljadevahelise EMU kõige olulisem staatiline omadus on võimsuse võimendustegur. Suur kasum saadakse tänu sellele, et ristvälja EMU on kaheastmeline võimendi. Võimendi esimene etapp: juhtpool lühistatakse põikharjadega.Teine etapp: põikharjade lühisahel - pikisuunaliste harjade väljundahel. Seetõttu on koguvõimsuse võimendus kp = kp1kp2, kus kp1 on 1. etapi võimendus; kp2 — 2. astme võimendustegur.

Elektrimasinate võimendite kasutamisel suletud automaatjuhtimissüsteemides (stabilisaatorid, regulaatorid, jälgimissüsteemid) peaks masin olema veidi alakompenseeritud (k = 0,97 ÷ 0,99), kuna töö ajal süsteemi ülekompenseerimise korral tekib valehäire. tekivad jääk-mss-kompensatsioonimähise tõttu, mis põhjustab süsteemis isevõnkumiste esinemist.

Põikvälja EMU üldine võimsuse suurenemine on võrdeline armatuuri pöörlemiskiiruse neljanda astmega, magnetjuhtivusega piki rist- ja pikitelge ning sõltub masina mähiste takistuste ja koormuse suhtest.

Sellest järeldub, et võimendil on suurem võimsusvõimendus, vähem küllastunud magnetahel ja suurem pöörlemiskiirus. Pöörlemiskiirust pole võimalik ülemäära suurendada, sest lülitusvoolude mõju hakkab oluliselt suurenema. Seetõttu ei suurene lülitusvoolude suurenemisest tingitud kiiruse ülemäärase suurenemise korral võimsuse suurenemine ja võib isegi väheneda.

Elektrimasinate võimendite rakendamine

Elektrimasinate võimendeid toodetakse masstoodanguna ja kasutatakse laialdaselt automaatjuhtimissüsteemides ja automatiseeritud elektriajamites.Generaator-mootorsüsteemides on generaator ja sageli ka erguti sisuliselt iseseisvad elektrimasina võimendid, mis on ühendatud kaskaadiga. Kõige levinumad on põikvälja elektrivõimendid. Nendel võimenditel on mitmeid eeliseid, millest peamised on:

1) suur võimsusvõimendus.

2) madal sisendvõimsus,

3) piisav kiirus, see tähendab võimendi ahelate väikesed ajakonstandid. Pinge tõusuaeg nullist nimiväärtuseni tööstuslike võimendite võimsusega 1-5 kW on 0,05-0,1 sek,

4) piisav töökindlus, vastupidavus ja laiad võimsuse kõikumise piirid,

5) omaduste muutmise võimalus kompensatsiooniastme muutmise kaudu, mis võimaldab saada vajalikke välistunnuseid.

Elektrimasinate võimendite puudused hõlmavad järgmist:

1) suhteliselt suured mõõtmed ja kaal võrreldes sama võimsusega alalisvoolugeneraatoritega, kuna suure võimenduse saamiseks kasutatakse küllastumata magnetahelat,

2) hüstereesist tingitud jääkpinge olemasolu. Armatuuris jääkvoo poolt indutseeritud EMF magnetism, moonutab väljundpinge lineaarset sõltuvust sisendsignaalist väikeste signaalide piirkonnas ja rikub sisendsignaali polaarsuse muutmisel elektrimasina võimendite väljundparameetrite sõltuvuse unikaalsust sisendparameetritest, kuna signaali konstantse polaarsusega jääkmagnetismi voog suurendab juhtimisvoogu ja kui signaali polaarsus muutus, siis see vähendas juhtimisvoogu.

Lisaks võib ülekompensatsioonirežiimis töötava elektrimasina võimendi jääk-EMF-i mõjul madala koormustakistusega ja null sisendsignaaliga see ise ergastuda ja kaotada juhitavuse. Seda nähtust seletatakse masina pikisuunalise magnetvoo kontrollimatu suurenemisega, mis on algselt võrdne jääkmagnetismi vooga, mis on tingitud kompensatsioonimähise käivitavast tegevusest.

Jääkmagnetismi voolu kahjuliku mõju neutraliseerimiseks elektrimasina võimendis viiakse läbi vahelduvvoolu demagnetiseerimine ning elektrimasinate endi võimendid paigutatakse automaatsetesse süsteemidesse mõnevõrra ebapiisavalt.

Tuleb märkida, et pooljuhtmuundurite kasutuselevõtuga on oluliselt vähenenud elektrimasinate võimendite kasutamine elektrimasina võimendi (generaatori) elektriajamisüsteemis - mootor.