Общие сведения. Классификация

Электромашинные усилители (ЭМУ) — это специальные электрические генераторы (чаще постоянного, реже переменного тока) выходная мощность которых регулируется изменением мощности управления (возбуждения), во много раз меньшей выходной мощности.

Простейшим ЭМУ может служить генератор постоянного тока с независимым возбуждением. Известно, что выходное напряжение, а следовательно, и выходная мощность генератора зависят от магнитного потока возбуждения. Таким образом, обмотка возбуждения генератора может служить управляющей обмоткой. Изменяя ток возбуждения, можно в широких пределах менять величину выходной мощности, т. е. управлять процессом превращения механической мощности приводного двигателя в электрическую мощность на выходе генератора.

Обычные генераторы постоянного тока при использовании их в качестве ЭМУ обладают существенными недостатками, поэтому в качестве ЭМУ используются специальные электрические машины.

ЭМУ весьма разнообразны как по устройству, так и по принципу действия.

По роду тока их можно разделить на ЭМУ постоянного и переменного тока.

По числу ступеней усиления — на одно-, двух- и трехступенчатые.

По направлению потока возбуждения выходной ступени — на ЭМУ продольного и поперечного поля.

Конструктивно ЭМУ часто выполняют в одном корпусе с приводным электродвигателем (постоянного или переменного тока).

Основные эксплуатационные свойства ЭМУ характеризуются следующими параметрами: коэффициентом усиления; постоянной времени; коэффициентом добротности; степенью возможной форсировки.

Коэффициент усиления — это отношение какой-либо величины на выходе ЭМУ (тока, напряжения или мощности) к соответствующей величине на входе (обмотке управления).

Различают коэффициенты усиления по току, напряжению, мощности соответственно:

. (2.1)

Здесь I_вых, U_вых и Р_вых — ток, напряжение и мощность на выходе ЭМУ; I_у, U_у и Р_у — ток, напряжение и мощность на входе ЭМУ, т. е. в цепи обмотки управления.

Чаще всего свойства ЭМУ характеризуют коэффициентом усиления по мощности

(2.2)

Постоянная времени T характеризует инерционность ЭМУ и определяется скоростью электромагнитных процессов. Постоянная времени электрической цепи равна отношению индуктивности цепи к ее активному сопротивлению. Например, постоянная времени обмотки управления

(2.3)

В современных ЭМУ постоянные времени колеблются от сотых долей секунды в маломощных ЭМУ (до 1 кВт) до десятых долей секунды в усилителях мощностью 10 кВт и более.

Коэффициентом добротности ЭМУ называется отношение коэффициента усиления по мощности к сумме постоянных времени отдельных ступеней усиления:

. (2.4)

Следует заметить, что сумма постоянных времени отдельных ступеней может служить лишь мерой при сравнении ЭМУ, но не является постоянной времени ЭМУ в целом (Т₁+Т₂+…≠Т).

Последнее объясняется тем, что процессы в отдельных ступенях начинаются почти одновременно.

Коэффициент добротности k_D возрастает с увеличением мощности ЭМУ,- достигая сотен тысяч секунд в минус первой степени. Он зависит от типа ЭМУ, числа его ступеней усиления и т. п.

Степенью возможной форсировки характеризуется перегрузочная способность ЭМУ. Степенью форсировки по току φ_I или напряжению φ_U называется отношение максимально допустимых тока или напряжения на выходе к их номинальным величинам:

Степень форсировки ЭМУ, имеющих коллектор, ограничивается условиями коммутации (искрением на коллекторе). Чтобы увеличить φ_I, ЭМУ даже сравнительно небольших мощностей снабжают добавочными полюсами и компенсационными обмотками. Обычно φ_I=1,5÷2.

Степень форсировки по напряжению φ_U ограничивается насыщением магнитной цепи. Обычно φ_U =1,5÷2 и лишь в специальных ЭМУ достигает трех.