Amplificadores electromecánicos

Un amplificador es un dispositivo en el que una señal de baja potencia (cantidad de entrada) controla una potencia relativamente alta (cantidad de salida). En este caso, el valor de salida es función de la señal de entrada y la ganancia ocurre debido a la energía de una fuente externa.

Los amplificadores V de las máquinas eléctricas generan energía eléctrica (controlada) a partir de la potencia mecánica del motor de accionamiento.

Los amplificadores electromecánicos (EMU) son máquinas colectoras de CC.

Según el método de excitación, los amplificadores de máquinas eléctricas se dividen en amplificadores de campo longitudinal y amplificadores de campo transversal.

Los amplificadores de campo longitudinal, donde el flujo de excitación principal se dirige a lo largo del eje longitudinal de la máquina, incluyen:

1) amplificador de máquina eléctrica independiente,

2) Amplificador de máquina eléctrica autoexcitado,

3) amplificadores de dos máquinas,

4) amplificador de máquina eléctrica de dos colectores,

5) amplificadores de máquina eléctrica de dos y tres etapas del campo longitudinal

Los amplificadores de campo transversal, en los que el flujo de excitación principal se dirige a lo largo del eje transversal de la máquina, incluyen:

1) Amplificadores electromecánicos con paso diametral del devanado del inducido,

2) amplificadores de máquina eléctrica de paso de inducido de medio diámetro,

3) Amplificadores electromecánicos con sistema magnético partido.

Cuanto menor sea la potencia de control del amplificador de la máquina eléctrica, menor será el peso y las dimensiones del equipo de control. Por lo tanto, la característica principal es la ganancia. Diferenciar entre ganancia de potencia, ganancia de corriente y ganancia de voltaje.

La ganancia de potencia del amplificador kp es la relación entre la potencia de salida Pout y la potencia de entrada Pin en operación de estado estable:

kp = Psalida / Pvx

Ganancia de voltaje:

kti = Usalida / Uentrada

donde Uout es el voltaje del circuito de salida; — voltaje del circuito de entrada.

Ganancia de corriente ki La relación entre la corriente del circuito de salida del amplificador de salida Az y la corriente del circuito de entrada Azv:

ki = Yo afuera / Azv

De lo que se ha dicho se sigue que los amplificadores de máquinas eléctricas pueden tener una ganancia de potencia suficientemente alta (103 — 105). Igualmente importante para el amplificador es su desempeño, caracterizado por las constantes de tiempo de sus circuitos.

Su objetivo es obtener una alta ganancia de potencia y una alta velocidad de respuesta de un amplificador de máquina eléctrica, es decir, constantes de tiempo más pequeñas posibles.

En los sistemas de control automático, los amplificadores de máquinas eléctricas se utilizan como amplificadores de potencia y funcionan principalmente en modos transitorios durante los cuales se producen sobrecargas de corriente significativas. Por lo tanto, uno de los requisitos para un amplificador de máquina eléctrica es una buena capacidad de sobrecarga.

La confiabilidad y la estabilidad de operación se encuentran entre los requisitos más importantes para un amplificador de máquina eléctrica.

Los amplificadores de máquinas eléctricas utilizados en aeronaves e instalaciones de transporte deben ser lo más pequeños y livianos posible.

En la industria, los más utilizados son el amplificador de máquina independiente, el amplificador de máquina autoexcitado y el amplificador de máquina de campo cruzado de diámetro escalonado.

El factor de amplificación de potencia de una EMU independiente no supera los 100. Para aumentar el factor de amplificación de potencia de la EMU, se crearon amplificadores de máquinas eléctricas autoexcitadas.

Una EMU estructural con autoexcitación (EMUS) difiere de una EMU independiente solo en que el devanado de autoexcitación se coloca en sus polos de excitación coaxialmente con los devanados de control, que está conectado en paralelo con el devanado de armadura o en serie con él.

Dichos amplificadores se utilizan principalmente para alimentar el devanado de excitación del generador en el sistema generador-motor y, en este caso, la duración del transitorio está determinada por la constante de tiempo del generador.

A diferencia de las EMU independientes y las EMU autoexcitadas (EMUS), donde el flujo de excitación principal es el flujo magnético longitudinal dirigido a lo largo de los polos de excitación, en las EMU de campo transversal, el flujo de excitación principal es el flujo transversal de la reacción del inducido.

La característica estática más importante de la EMU de campo cruzado es el factor de ganancia de potencia. Se obtiene una gran ganancia debido al hecho de que la EMU de campo cruzado es un amplificador de dos etapas. La primera etapa de amplificación: la bobina de control está en cortocircuito con los cepillos transversales.Segunda etapa: cadena de cepillos transversales en cortocircuito - cadena de salida de cepillos longitudinales. Por lo tanto, la ganancia de potencia total es kp = kp1kp2, donde kp1 es la ganancia de la 1ª etapa; kp2 — factor de amplificación de la 2 etapa.

Cuando se utilizan amplificadores de máquinas eléctricas en sistemas cerrados de control automático (estabilizadores, reguladores, sistemas de seguimiento), la máquina debe estar ligeramente subcompensada (k = 0,97 ÷ 0,99), ya que en caso de sobrecompensación en el sistema durante el trabajo, se producirá una falsa perturbación. debido a la bobina de compensación de m.s. residual, lo que conducirá a la aparición de auto-oscilaciones en el sistema.

La ganancia de potencia total de la EMU de campo transversal es proporcional a la cuarta potencia de la velocidad de rotación del inducido, la conductividad magnética a lo largo de los ejes transversal y longitudinal, y depende de la relación de las resistencias de los devanados de la máquina y la carga.

De ello se deduce que el amplificador tendrá la mayor ganancia de potencia, el circuito magnético menos saturado y la mayor velocidad de su rotación. Es imposible aumentar la velocidad de rotación en exceso, porque el efecto de las corrientes de conmutación comienza a aumentar significativamente. Por lo tanto, con un aumento excesivo de la velocidad debido a un aumento de las corrientes de conmutación, la ganancia de potencia no aumentará y puede incluso disminuir.

Aplicación de amplificadores de máquinas eléctricas.

Los amplificadores de máquinas eléctricas se fabrican en masa y se utilizan ampliamente en sistemas de control automático y accionamientos eléctricos automatizados.En los sistemas generador-motor, el generador y, a menudo, el excitador, son esencialmente amplificadores de máquinas eléctricas independientes conectados en cascada. Los más comunes son los amplificadores eléctricos de campo transversal. Estos amplificadores tienen una serie de ventajas, siendo las principales:

1) alta ganancia de potencia.

2) baja potencia de entrada,

3) velocidad suficiente, es decir, constantes de tiempo pequeñas de los circuitos amplificadores. El tiempo de subida de tensión desde cero hasta el valor nominal para amplificadores industriales con una potencia de 1-5 kW es de 0,05-0,1 s,

4) suficiente confiabilidad, durabilidad y amplios límites de variación de potencia,

5) la posibilidad de cambiar las características cambiando el grado de compensación, lo que permite obtener las características externas necesarias.

Las desventajas de los amplificadores de máquinas eléctricas incluyen:

1) dimensiones y peso relativamente grandes en comparación con los generadores de CC de la misma potencia, ya que se utiliza un circuito magnético no saturado para obtener grandes ganancias,

2) la presencia de tensiones residuales debidas a la histéresis. FEM inducida en la armadura por el flujo residual magnetismo, distorsiona la dependencia lineal del voltaje de salida de la señal de entrada en la región de señales pequeñas y viola la unicidad de la dependencia de los parámetros de salida de los amplificadores de la máquina eléctrica de los de entrada al cambiar la polaridad de la señal de entrada, ya que un flujo de magnetismo residual con una polaridad constante de la señal incrementará el flujo de control, y cuando la polaridad de la señal cambió, disminuyó el flujo de control.

Además, bajo la influencia de la EMF residual de un amplificador de máquina eléctrica que funciona en modo de sobrecompensación, con baja resistencia de carga y señal de entrada cero, puede autoexcitarse y perder capacidad de control. Este fenómeno se explica por un aumento incontrolable del flujo magnético longitudinal de la máquina, inicialmente igual al flujo magnético residual, debido a la acción motriz de la bobina compensadora.

Para neutralizar el efecto nocivo del flujo de magnetismo residual en el amplificador de la máquina eléctrica, se lleva a cabo una desmagnetización de corriente alterna y los amplificadores de las propias máquinas eléctricas se colocan en sistemas automáticos de manera algo insuficiente.

Cabe señalar que con la introducción de convertidores de semiconductores, el uso de amplificadores de máquinas eléctricas en el sistema de accionamiento eléctrico de un amplificador (generador) de una máquina eléctrica — el motor se ha reducido significativamente.