Amplificadores eletromecânicos

Um amplificador é um dispositivo no qual um sinal de baixa potência (quantidade de entrada) controla uma potência relativamente alta (quantidade de saída). Nesse caso, o valor de saída é função do sinal de entrada e o ganho ocorre devido à energia de uma fonte externa.

V amplificadores de saída de máquinas elétricas (controladas) a energia elétrica é gerada a partir da energia mecânica do motor de acionamento.

Amplificadores eletromecânicos (EMUs) são máquinas coletoras DC.

Dependendo do método de excitação, os amplificadores de máquinas elétricas são divididos em amplificadores de campo longitudinal e amplificadores de campo transversal.

Amplificadores de campo longitudinais, onde o fluxo de excitação principal é direcionado ao longo do eixo longitudinal da máquina, incluem:

1) amplificador de máquina elétrica independente,

2) Amplificador de máquina elétrica auto-excitado,

3) amplificadores de duas máquinas,

4) amplificador de máquina elétrica de dois coletores,

5) amplificadores de máquina elétrica de dois e três estágios do campo longitudinal

Os amplificadores de campo transversal, nos quais o fluxo de excitação principal é direcionado ao longo do eixo transversal da máquina, incluem:

1) Amplificadores eletromecânicos com passo diametral do enrolamento da armadura,

2) amplificadores de máquina elétrica de passo de armadura de meio diâmetro,

3) Amplificadores eletromecânicos com sistema magnético split.

Quanto menor a potência de controle do amplificador da máquina elétrica, menor o peso e as dimensões do equipamento de controle. Portanto, a principal característica é o lucro. Diferencie entre ganho de potência, ganho de corrente e ganho de tensão.

O ganho de potência do amplificador kp é a razão entre a potência de saída Pout e a potência de entrada Pin em operação em estado estacionário:

kp = Poutput / Pvx

Ganho de tensão:

kti = Uout / Uin

onde Uout é a tensão do circuito de saída; — tensão do circuito de entrada.

Ganho de corrente ki A relação entre a corrente do circuito de saída do amplificador de saída Az e a corrente do circuito de entrada Azv:

ki = Eu fora / Azv

Segue-se do que foi dito que os amplificadores de máquinas elétricas podem ter um ganho de potência suficientemente alto (103 — 105). Igualmente importante para o amplificador é seu desempenho, caracterizado pelas constantes de tempo de seus circuitos.

Eles visam obter alto ganho de potência e alta velocidade de resposta de um amplificador de máquina elétrica, ou seja, menores constantes de tempo possíveis.

Em sistemas de controle automático, amplificadores de máquinas elétricas são usados ​​como amplificadores de potência e operam principalmente em modos transitórios durante os quais ocorrem sobrecargas de corrente significativas. Portanto, um dos requisitos para um amplificador de máquina elétrica é uma boa capacidade de sobrecarga.

Confiabilidade e estabilidade de operação estão entre os requisitos mais importantes para um amplificador de máquina elétrica.

Amplificadores de máquinas elétricas usados ​​em aeronaves e instalações de transporte devem ser tão pequenos e leves quanto possível.

Na indústria, os mais amplamente utilizados são o amplificador de máquina independente, o amplificador de máquina auto-excitado e o amplificador de máquina de campo cruzado de diâmetro escalonado.

O fator de amplificação de potência de uma EMU independente não excede 100. Para aumentar o fator de amplificação de potência da EMU, foram criados amplificadores de máquinas elétricas auto-excitadas.

Uma EMU estrutural com auto-excitação (EMUS) difere de uma EMU independente apenas porque o enrolamento de auto-excitação é colocado em seus pólos de excitação coaxialmente com os enrolamentos de controle, que são conectados em paralelo com o enrolamento da armadura ou em série com ele.

Esses amplificadores são usados ​​principalmente para alimentar o enrolamento de excitação do gerador no sistema gerador-motor e, nesse caso, a duração do transiente é determinada pela constante de tempo do gerador.

Ao contrário das EMUs independentes e das EMUs auto-excitadas (EMUS), onde o fluxo de excitação principal é o fluxo magnético longitudinal direcionado ao longo dos pólos de excitação, nas EMUs de campo transversal, o fluxo de excitação principal é o fluxo transversal da reação da armadura.

A característica estática mais importante da EMU cross-field é o fator de ganho de potência. Um grande ganho é obtido devido ao fato de que a EMU de campo cruzado é um amplificador de dois estágios. A primeira etapa da amplificação: a bobina de controle é curto-circuitada com as escovas transversais.Segundo estágio: cadeia de escovas transversais em curto-circuito - cadeia de saída de escovas longitudinais. Portanto, o ganho de potência total é kp = kp1kp2, onde kp1 é o ganho do 1º estágio; kp2 — fator de amplificação do 2º estágio.

Ao usar amplificadores de máquinas elétricas em sistemas fechados de controle automático (estabilizadores, reguladores, sistemas de rastreamento), a máquina deve ser ligeiramente subcompensada (k = 0,97 ÷ 0,99), pois em caso de supercompensação no sistema durante o trabalho, uma falsa perturbação ocorrerá ocorrer devido à bobina de compensação m.s. residual, o que levará à ocorrência de auto-oscilações no sistema.

O ganho de potência geral do campo transversal EMU é proporcional à quarta potência da velocidade de rotação da armadura, a condutividade magnética ao longo dos eixos transversal e longitudinal e depende da relação entre as resistências dos enrolamentos da máquina e a carga.

Conclui-se que o amplificador terá maior ganho de potência, circuito magnético menos saturado e maior velocidade de rotação. É impossível aumentar excessivamente a velocidade de rotação, porque o efeito das correntes de comutação começa a aumentar significativamente. Portanto, com um aumento excessivo da velocidade devido ao aumento das correntes de chaveamento, o ganho de potência não aumentará e poderá até diminuir.

Aplicação de amplificadores de máquinas elétricas

Amplificadores de máquinas elétricas são produzidos em massa e amplamente utilizados em sistemas de controle automático e acionamentos elétricos automatizados.Em sistemas gerador-motor, o gerador, e muitas vezes o excitador, são essencialmente amplificadores de máquinas elétricas independentes conectados em cascata. Os mais comuns são os amplificadores elétricos de campo transversal. Estes amplificadores apresentam uma série de vantagens, sendo as principais:

1) alto ganho de potência.

2) baixa potência de entrada,

3) velocidade suficiente, ou seja, pequenas constantes de tempo dos circuitos amplificadores. O tempo de aumento da tensão de zero ao valor nominal para amplificadores industriais com potência de 1-5 kW é de 0,05-0,1 s,

4) confiabilidade suficiente, durabilidade e amplos limites de variação de potência,

5) a possibilidade de alterar as características alterando o grau de compensação, o que permite obter as características externas necessárias.

As desvantagens dos amplificadores de máquinas elétricas incluem:

1) dimensões e peso relativamente grandes em comparação com geradores DC de mesma potência, pois um circuito magnético insaturado é usado para obter grandes ganhos,

2) a presença de tensão residual devido à histerese. EMF induzido na armadura pelo fluxo residual magnetismo, distorce a dependência linear da tensão de saída do sinal de entrada na região de pequenos sinais e viola a singularidade da dependência dos parâmetros de saída dos amplificadores da máquina elétrica dos de entrada ao alterar a polaridade do sinal de entrada, pois um fluxo de magnetismo residual com polaridade constante do sinal aumentará o fluxo de controle, e quando a polaridade do sinal mudou, diminuiu o fluxo de controle.

Além disso, sob a influência do EMF residual de um amplificador de máquina elétrica operando no modo de sobrecompensação, com baixa resistência de carga e sinal de entrada zero, ele pode se auto-excitar e perder a controlabilidade. Este fenômeno é explicado por um aumento incontrolável do fluxo magnético longitudinal da máquina, inicialmente igual ao fluxo magnético residual, devido à ação motriz da bobina de compensação.

Para neutralizar o efeito nocivo do fluxo de magnetismo residual no amplificador da máquina elétrica, é realizada a desmagnetização da corrente alternada e os amplificadores das próprias máquinas elétricas são colocados em sistemas automáticos de forma um tanto insuficiente.

Deve-se notar que, com a introdução de conversores de semicondutores, o uso de amplificadores de máquinas elétricas no sistema de acionamento elétrico de um amplificador (gerador) de uma máquina elétrica - o motor foi significativamente reduzido.