Электромашинные усилители поперечного поля.
Эти усилители обладают рядом достоинств, главными из которых являются:
1) большой коэффициент усиления по мощности,.
2) малая входная мощность,
3) достаточное быстродействие, т. е. малые постоянные времени цепей усилителя. Время нарастания напряжения от нуля до номинального значения для промышленных усилителей мощностью 1-5 кВт составляет 0,05—0,1 сек,
4) достаточные надежность, долговечность и широкие пределы изменения мощности,
5) возможность изменения характеристик за счет изменения степени компенсации, позволяющая получать необходимые внешние характеристики.
К числу недостатков электромашинных усилителей следует отнести:
1) относительно большие габариты и вес по сравнению с генераторами постоянного тока той же мощности, так как для получения больших коэффициентов усиления применяется ненасыщенная магнитная цепь,
2) наличие остаточного напряжения за счет гистерезиса. ЭДС, наводимая в якоре потоком остаточного магнетизма, искажает линейную зависимость выходного напряжения от входного сигнала в зоне малых сигналов и нарушает однозначность зависимости выходных параметров электромашинных усилителей от входных при изменении полярности входного сигнала, ибо поток остаточного магнетизма при постоянной полярности сигнала будет увеличивать поток управления, а при изменении полярности сигнала — уменьшать поток управления.
Кроме того, под действием остаточной ЭДС электромашинного усилителя, работающего в режиме перекомпенсации, при малом сопротивлении нагрузки и нулевом входном сигнале может самовозбуждаться и терять управляемость. Это явление объясняется неуправляемым увеличением продольного магнитного потока машины, первоначально равного потоку остаточного магнетизма, за счет подмагничивающего действия компенсационной обмотки.
Для нейтрализации вредного действия потока остаточного магнетизма в электромашинном усилителе осуществляют размагничивание переменным током, а сами электромашинные усилители ставят в автоматические системы несколько недокомпенсированными.
Следует отметить, что с внедрением полупроводниковых преобразователей применение электромашинных усилителей в системе электропривода электромашинный усилитель (генератор) — двигатель значительно сокращается.
Принцип действия синхронного генератора
При помощи первичного двигателя ротор-индуктор вращается. Магнитное поле находится на роторе и вращается вместе с ним, поэтому скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля – отсюда название синхронная машина.
Рис.6. Генераторный режим работы синхронной машины.
При вращении ротора магнитный поток полюсов пересекает статорную обмотку и наводит в ней ЭДС по закону электромагнитной индукции: E = 4,44*f*w*kw*Ф, где:
f – частота переменного тока, Гц; w – количество витков; kw – обмоточный коэффициент; Ф – магнитный поток.
Частота индуктированной ЭДС (напряжения, тока) синхронного генератора: f = p*n/60, где:
р – число пар полюсов; п – скорость вращения ротора, об/мин.
Заменив: E = 4,44*(п*р/60)*w*kw*Ф и, определив: 4,44*(р/60)*w*kw – относится к конструкции машины и создаёт конструктивный коэффициент: C = 4.44*(р/60)*w*kw.
Тогда: Е = СЕ*п*Ф.
Таким образом, как и у любого генератора, основанного на законе электромагнитной индукции, индуктированная ЭДС пропорциональна магнитному потоку машины и скорости вращения ротора.
Реакция якоря синхронного генератора.
При протекании по трехфазной обмотке переменного тока возникает вращающееся магнитное поле. Следовательно, при замыкании трехфазной обмотки якоря синхронного генератора на нагрузку в нем также имеется вращающееся магнитное поле. При этом возникшее вращающееся поле будет неподвижным относительно поля полюсов, как как угловая скорость вращения ротора и угловая частота тока якоря равны. Это позволяет довольно легко рассматривать влияние поля обмотки якоря на поле полюсов. Индуктивностью самой обмотки якоря синхронного генератора при рассмотрении его реакции условно можно пренебречь, т.е. наведенная ЭДС, ток и магнитные наведенные потоки совпадают. При активной нагрузке ток нагрузки совпадает по фазе с ЭДС генератора (индуктивность фазы считается пренебрежительно малой). Ток индуцирует магнитный поток Фя, совпадающий с током по фазе. Таким образом, вектор потока якоря Фя отстает от вектора потока полюсов на угол 90°. При этом общий поток Ф=Ф0+Фя (векторы). Напряжение на зажимах якоря равно U=E0-I*Rя. При индуктивной нагрузке вектор тока отстает от ЭДС генератора на 90°. В этом случае поток обмотки якоря Фя направлен навстречу Ф0. При емкостной нагрузке вектор тока опережает вектор ЭДС генератора на 90°. Поток якоря Фя направлен также, как и поток полюсов Ф0, поэтому результирующий поток возрастает. Если нагрузка смешанная, то векторы I и Ф занимают промежуточное положение и зависят от величины нагрузки и ее характера. При индуктивно-активной нагрузке вектор Ф смещается влево, а при активно-емкостной – вправо. В любом случае, разложив вектор тока на составляющие, можно определить реакцию якоря.