Одноступенчатые эму с независимым возбуждением.

В качестве простейшего ЭМУ можно рассматривать обычный генератор постоянного тока с независимым возбуждением с расслоенной магнитной цепью индуктора и якоря. При этом об­мотка возбуждения является обмоткой управления, а цепь якоря — выходной цепью. Так как в таких генераторах , то k_y = 50 – 100.

Ввиду малой величины k_y такие усилители применяются редко. Впрочем, в ка­честве подобных ЭМУ можно рассматривать обычные электромашинные возбу­дители крупных машин постоянного и переменного тока.

Двухмашинные эму.

Рассмотренные выше простейшие ЭМУ имеют одну ступень усиления мощности — от обмотки возбуждения (управления) к обмотке якоря. Для увеличения ЭМУ изготовляются с двумя или большим количеством ступеней усиления. Общий коэффициент усиления при этом равен произведению коэффициентов усиления от­дельных ступеней. Например, в двухступенчатых усилителях

.

Простейший двухступенчатый усилитель представляет собой кас­кадное соединение двух генерато­ров постоянного тока (рис.20). Обмотка возбуждения генератора 1является обмоткой управления ОУ. Якорь генератора 1 питает обмот­ку возбуждения ОВ генератора2, цепь якоря последнего ( ) является выходной цепью, подключаемой к управляемому объекту.

ЭМУ по схеме рис. 20 изготовляются западногерманской фирмой «Сименс-Шуккерт» под названием «рапидин». Обе машины располагаются в общем корпусе. При этом достигается k_y = 10000.

Рис. 20. Схема двухмашинного уси­лителя

Обычно все ЭМУ имеют несколько обмоток управления, которые размещаются рядом друг с другом на общем участке магнитной цепи (полюсах). При этом можно осуществлять управление в зависимости от нескольких величин (например,

в зависимости от скорости вращения и тока якоря двигателя прокатного стана и т. п.).

Двухступенчатые эму поперечного поля.

Двухступенчатые ЭМУ поперечного поля являются самыми распространенными ЭМУ и были разработаны фирмой «Дженерал электрик» (США) в 1937 г. под названием «амплидин». Такие ЭМУ изготовляются обычно с неявно-выраженными полюсами и с 2р = 2. В СССР такие ЭМУ выпускаются серийно.

Рассматриваемый вид ЭМУ является кон­структивным развитием генератора поперечного поля и по принципу действия ана­логичен ему.

Обмотки управления ОУ соз­дают первоначальный поток Ф_у по продольной оси. Этот поток индуктирует э. д. с, которая вызывает ток в короткозамкнутой цепи якоря (щетки 1—1). Ток протекая по обмотке якоря и поперечной подмагничивающей обмотке ПО, создает поток поперечного поля. Поток индуктирует э. д. с. в выходной цепи (щетки 2—2), в результате чего в цепи нагрузки возникает ток I₂ =I_вых и на выходных зажимах — напря­жение Продольная размагничивающая н. с. тока I₂ практически полностью компен­сируется с помощью компенсационной обмотки КО, чтобы снизить мощность управления и увеличить коэффициент усиления. Если действие КО является слишком сильным, то возникает опасность самовозбуждения ЭМУ как генератора последовательного возбуждения, в результате чего нормальная работа ЭМУ нарушается. Обычно КО выполняется с некоторым запасом (перекомпенсация), и регулирование (ослабление) ее действия производится с помощью шунтирующего сопротивления .

Форма вырубок листов стали статора ЭМУ и расположение обмоток статора пока­заны на рис. 21. Компенсационную обмот­ку, с целью достижения компенсации реак­ции якоря не только по величине, но и по форме, выполняют распределенной. Обмотка якоря обычно имеет небольшое укорочение шага. Применение поперечной подмагничи­вающей обмотки ПО позволяет уменьшить ве­личину тока I, и улучшить тем самым ком­мутацию щеток. Поэтому добавочных полюсов в поперечной оси обычно не делают. Коммутация щеток 2—2 улучшается с помощью добавочных полюсов (рис.21).

Для уменьшения влияния гистерезиса вокруг спинки сердечника статора наматы­вают размагничивающую обмотку, питаемую переменным током. Поток этой обмотки замыкается в сердечнике статора по окруж­ности и не проникает в якорь. Ширина петли гистерезиса при таком размагничи­вании сужается. На рис. 21 эта обмотка не показана.

Двуступенчатые ЭМУ поперечного поля обычно имеют мощность до Р = 20 кВт и коэффициент усиления до k_y = 10000. Построены также многополюсные ЭМУ с сильной поперечной подмагничивающей обмоткой и добавочными полюсами для улучшения коммутации щетокмощностью до Р= 100 кВт.

Существуют также некоторые другие, менее распространенные типы ЭМУ.

Рис.21. Форма вырубок ли­стов стали статора ЭМУ с по­перечным

полем и размещение обмоток статора

1 — обмотки управления; 2 — по­перечная подмагничивающая обмот­ка; 3 — компенсационная обмотка; 4 — обмотка добавочных полюсов выходной цепи

Электромашинные усилители (ЭМУ).

Электромашинные усилители (ЭМУ) являются разновидностью ге­нераторов постоянного тока. ЭМУ предназначены для работы в систе­мах автоматического регулирования. Они управляют относительно большими мощностями с помощью относительно малой мощности, по­даваемой на обмотку возбуждения. Отношение мощности, снимаемой с якоря усилителя, к мощности, подаваемой на обмотку возбуж­дения, называется коэффициентом усиления:

.

Простейшим ЭМУ является обычный генератор независимого воз­буждения. Но коэффициент усиления этого генератора невелик и со­ставляет от 30 до 100. Для повышения точности работы систем авто­матического регулирования потребовалось создание специальных элек­трических машин (ЭМУ) с коэффициентом усиления, равным 10³—10⁵. Наиболее широкое распространение в настоящее время получили ЭМУ поперечного поля. Они представляют собой генератор постоянно­го тока чаще всего двухполюсного исполнения (рис.22). На кол­лекторе усилителя устанавливается двойной комплект щеток, смещен­ных относительно друг друга на 90°. Щетки, расположенные по оси q, принято называть поперечными, а по оси d— продольными. Поперечные щетки q замкнуты накоротко, а к щеткам d присоединяется нагрузка. На статоре по продольной оси размещаются несколько обмоток воз­буждения, которые в ЭМУ принято называть обмотками управления (ОУ). На рис. 47.10 показана одна из них. Если через эту обмотку пропустить небольшой ток управления I_у, то он создает относительно малый поток управления Ф_у, который при вращении якоря индуцирует в его обмотке ЭДС Е₂. Направление этой ЭДС в проводниках обмотки показано на рис. 22 (слой, ближний к внешней поверхности якоря). Максимальное значение этой ЭДС будет между щетками q—q. Так как цепь этих щеток замкнута накоротко, то вследствие небольшого сопротивления поперечной цепи даже при сравнительно небольшом значении по якорю и через щетки q—q потечет значительный ток . Его направление совпадет с направлением ЭДС Е₂. Этот ток, проте­кая по обмотке якоря, создает поток реакции якоря Ф₂, направление которого совпадает с осью q. Поток Ф₂ во много раз больше потока Ф_у. Поток Ф₂ индуцирует в той же обмотке якоря ЭДС Е₃, действую­щую между щетками d—d. Направления ЭДС Е₃ и обусловленного ею тока в якоре показаны на рис. 22 (внутренний слой). Ток нагруз­ки , протекая по обмотке якоря, создает поток реакции якоря , направленный навстречу потоку управления Ф_у. Поток во много раз больше потока Ф_у, поэтому для нормальной работы усилителя по­ток необходимо скомпенсировать. С этой целью на статоре распо­лагают компенсационную обмотку (КО). Ее включают последовательно с якорем и нагрузкой. Для более полной компенсации реакции якоря эту обмотку выполняют распределенной по пазам статора. На рис. 23 показан поперечный разрез пакета статора. Он, так же как и пакет якоря, собран из отдельных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. В листах вырублены три вида пазов: большие, средние и ма­лые. Распределение обмоток по пазам показано на рис. 23.

МДС компенсационной обмотки F_K рассчитывают обычно так, что­бы она была больше МДС реакции якоря . С помощью резистора , шунтирующего эту обмотку, регулируется степень компенсации реакции якоря. При в машине будет полная компенсация, при — недокомпенсация и при — перекомпенсация. Наибо­лее часто ЭМУ работает с небольшой недокомпенсацией.

Для улучшения коммутации тока нагрузки I₃ по продольной оси предусмотрены дополнительные полюсы. По поперечной оси у ЭМУ ма­лой и средней мощности дополнительные полюсы обычно не устанавли­вают, так как ток I₂ относительно невелик. Для того чтобы обеспечить более легкие условия коммутации для этого тока, иногда его еще боль­ше снижают за счет включения в поперечную цепь дополнительной об­мотки. Эту обмотку размещают в пазах среднего размера. Она создает поток, направленный согласно с потоком Ф_2..

Рис. 22. Электромашинный усилитель поперечного поля

Рис. 23. Лист статора электромашинного усилителя поперечного поля

Из рассмотрения принципа действия ЭМУ поперечного поля следу­ет, что он имеет двухступенчатое возбуждение, за счет чего у него достигается высокий коэффициент усиления. Входная мощность первой ступени равна , а выходная ( и — сопротивления обмот­ки управления и поперечной цепи).

Для второй ступени входной мощ­ностью является , а выходной . Соответственно коэффициенты усиления ступеней

; ,

а результирующий коэффициент усиления ЭМУ равен их произведению:

.

Для увеличения коэффициента усиления магнитную систему ЭМУ выполняют ненасыщенной, что снижает мощность возбуждения. Кро­ме большого коэффициента усиления ЭМУ поперечного поля имеет от­носительно высокое быстродействие.