2015-04-30
5169
ЭМУ поперечного поля является самым распространенным из электромашинных усилителей. Это одноякорный двухступенчатый усилитель, конструктивно представляющий собой ненасыщенную электрическую машину постоянного тока с двумя явно выраженными полюсами, в которых имеются пазы для размещения компенсационной обмотки (рис. 2.4).
Рис. 2.4 Лист статора и схема расположения обмоток ЭМУ поперечного поля
Статор ЭМУ набирают из штампованных листов электротехнической стали. Якорь усилителя имеет одну обмотку и один коллектор, на котором расположены две пары щеток — по продольной d — d и поперечной q — q осям. Поперечные щетки у большинства ЭМУ замкнуты накоротко.
Обмотки возбуждения первой ступени усиления, т. е. обмотки управления ОУ (которых обычно несколько), располагают на явно выраженных полюсах статора.
Поток Фу, созданный током управления, направлен по продольной оси d — d (рис. 2.5). При вращении якоря приводным двигателем поток Фу наводит ЭДС в обмотке якоря, которая снимается щетками q — q. Так как поперечные щетки замкнуты накоротко, то по обмотке якоря, даже при незначительном по величине потоке управления Фу, протекает значительный ток Iq, который создает поток реакции якоря Фaq, направленный по поперечной оси машины.
Рис. 2.5 Схема ЭМУ поперечного поля
Этот поток является потоком возбуждения второй ступени усиления ЭМУ. Он неподвижен в пространстве и при вращении якоря наводит в его обмотке ЭДС Ed, максимум которой имеет место на продольных щетках d— d. Со щеток d — d снимается выходное напряжение ЭМУ Ud — выходное напряжение второй ступени усиления.
При включении ЭМУ на нагрузку в цепи щеток d — d и в обмотке якоря появляется ток нагрузки Id, который, протекая по обмотке якоря, создает магнитный поток реакции якоря Фаd, направленный по продольной оси машины — по оси щеток d — d. Поток Фаd направлен навстречу потоку управления Фу и по величине значительно его превосходит.
Чтобы поток Фаd не размагнитил ЭМУ (не уничтожил поток по продольной оси), в выходную цепь d — d якоря последовательно включают компенсационную обмотку КО. Ток Id, протекая по компенсационной обмотке, создает поток Фк, направленный навстречу потоку якоря Фаd. Компенсационная обмотка предназначена для компенсации потока Фаd. Ее размещают в пазах статора (см. рис. 2.4). Так же как и обмотка якоря, она является распределенной и позволяет наилучшим образом скомпенсировать поток реакции якоря Фаd. Чтобы регулировать степень компенсации, параллельно КО включают регулируемое шунтирующее сопротивление Rш, меняя которое можно изменять ток компенсационной обмотки, а следовательно, и поток Фк.
ЭМУ поперечного поля—машина ненасыщенная, поэтому величина выходного напряжения Ud практически прямо пропорциональна величине тока управления Iу. Внешние характеристики ЭМУ Ud = f(Id) при Iy = const и n=const, от которых во многом зависит коэффициент усиления ЭМУ, в основном определяются степенью компенсации потока Фаd потоком компенсационной обмотки Фk. Здесь возможны три случая.
При недокомпенсации (Фk < Фаd) выходное напряжение Ud значительно уменьшается с ростом тока Id вследствие размагничивающего действия потока Фаd (рис. 2.6, прямая 1).
Рис. 2.6 Внешние характеристики ЭМУ поперечного поля
При точной компенсации (Фк = Фаd) напряжение Ud с ростом тока Id уменьшается незначительно — лишь за счет внутреннего падения напряжения в цепи якоря (прямая 2).
При перекомпенсации (Фк > Фаd) напряжение Ud повышается с ростом тока Id вследствие увеличения потока по продольной оси за счет превышения потока Фк над потоком Фаd (прямая 3). Последнее приводит к неустойчивой работе ЭМУ, так как с ростом тока Id растет Ud, что вызывает новое увеличение Id и т. д. до тех пор, пока не наступит уменьшение частоты вращения из-за недостатка мощности приводного двигателя.
Так как коэффициент усиления ЭМУ при неизменных" Iу и Id прямо пропорционален напряжению Ud:
,
то, очевидно, наибольший коэффициент усиления будет при перекомпенсации, а наименьший — при недокомпенсации.
Работа при перекомпенсации невозможна, поэтому ЭМУ обычно настраивают на небольшую недокомпенсацию. Последнее обеспечивает достаточно высокий коэффициент усиления и устойчивую работу ЭМУ.
Для улучшения коммутации под продольными щетками d—d средние зубцы каждого из полюсов ЭМУ (см. рис. 2.4) используют в качестве дополнительных полюсов. В пазах, прилегающих к этим зубцам, кроме витков компенсационной обмотки КО располагают еще витки обмотки добавочных полюсов ОДП, которая так же, как компенсационная обмотка, включается последовательно с обмоткой якоря в цепь щеток d—d. Один из недостатков ЭМУ поперечного поля — неудовлетворительная коммутация под поперечными щетками q—q, в цепи которых протекает ток Iq =(0,15÷0,4) Id
В ЭМУ малой мощности искрение под щетками q — q не очень велико вследствие незначительной величины тока Iq,и наличия большого воздушного зазора в зоне коммутации.
В ЭМУ средней мощности, для улучшения коммутации под щетками q—q уменьшают ток Iq, путем включения в поперечную цепь якоря подмагничивающей обмотки ПО (рис. 2.7).
Рис.2.7 Схема ЭМУ поперечного поля с обмотками ПО и ОДП q
Эта обмотка создает поток, направленный по поперечной оси q—q, и компенсирует снижение потока Фаq из-за уменьшения тока Iq. ПО укладывают в пазы полюсов.
В ЭМУ большой мощности для улучшения коммутации под щетками q—q кроме подмагничивающей обмотки в цепь якоря по поперечной оси включают еще обмотку добавочных полюсов ОДП q, устанавливаемых по поперечной оси в междуполюсном пространстве.
Постоянная времени ЭМУ поперечного поля невелика. Она составляет десятые или сотые доли секунды и определяется, в основном, постоянной времени поперечной цепи якоря и цепи обмотки управления. Чтобы повысить быстродействие ЭМУ, иногда последовательно с обмоткой управления включают добавочное активное сопротивление Rдоб. Последнее, уменьшая постоянную времени Т, одновременно снижает коэффициент усиления из-за роста мощности управления: 
Рис. 2.8 Электромашинный усилитель типа ЭМУ-12А
В свое время наибольшее распространение в СССР получили электромашинные усилители единой серии ЭМУ общепромышленного применения. Усилители этой серии, мощностью до 1,5 кВт выполняют в общем корпусе с приводным двигателем. На рис. 2.8 показано устройство электромашинного усилителя типа ЭМУ-12А, где 1 — коллектор ЭМУ, 2 — якорь ЭМУ, 3 — статор ЭМУ, 4 — ротор асинхронного двигателя, 5 — статор асинхронного двигателя, 6 — вал.
