Лабораторная работа № 9 исследование электромашинного усилителя с поперечным полем

Цель работы: ознакомление с принципом действия электромашинного усилителя (ЭМУ), его основ­ными характеристиками и методами их снятия.

9.1. Содержание работы

ЭМУ поперечного поля представляет собой специальные генераторы постоянного тока, в которых поперечный магнитный поток реакции якоря тока цепи короткозамкнутых щеток служит главным потоком возбуждения. ЭМУ приводятся во вращение встроенными в их корпус (или отдельными) высокоскоростными асинхронными двигателями или двигателями посто­янного тока со скоростью от 1450 до 5000 об/мин.

Входная мощность ЭМУ составляет 0,430,9 Вт, а выходная – от 111 кВт и более.

ЭМУ – двухполюсная машина, на коллекторе ее установлены под углом 90 относительно друг друга две пары щеток (рис. 9.1). Щетки поперечной оси А–А замкнуты накоротко, а к щеткам продольной оси В–В присоеди­няется нагрузка. На статоре ЭМУ расположено несколько обмо­ток:

1) независимого возбуждения, называемая обмоткой управле­ния или задающей обмоткой (ОУ–1);

2) дополнительных полюсов (ДП), служащая для улучшения коммутации машины;

3) компенсационная (КО), служащая для компенсации размагни­чивающего действия продольной (по оси щеток В–В) реакции якоря;

4) от одной до трех обмоток управления (ОУ–2, ОУ–3, ОУ–4), авто­матически воздействующих на магнитный поток обмотки возбуждения (ОУ–1) при изменении тех или иных параметров, с которыми их связы­вают регулирующие схемы.

Принцип работы ЭМУ заключается в следующем: при протекании по обмотке возбуждения (управления) ОУ–1 небольшого тока управления (обычно порядка 10–20 мА) возникает магнитный поток управления и во вращающемся якоре наводится относительно небольшая эдс (несколько вольт). Направление этой эдс в проводниках условно пока­зано знаками (рис. 9.1), расположенными в кружках, которыми обозначена об­мотка якоря. Так как поперечные щетки А–А замкнуты накоротко, то в об­мотке якоря возникает значительный ток , создающий поперечный магнит­ный поток , соответствующий по величине потоку возбуждения обычных генераторов, равной с ЭМУ мощностью.

Рис. 9.1 Принципиальная схема ЭМУ с поперечным полем

При пересечении проводниками якоря силовых линий этого потока  в них наводится эдс , направление которой отмечено знаками, показан­ными на рис. 9.1 рядом с проводниками якоря.

Наибольшее значение эдс , равное обычно 110–220 В, получа­ется между продольными щетками В–В.

При подсоединении к щеткам В–В внешней нагрузки по обмотке якоря потечет ток нагрузки , который создает продольный поток реак­ции якоря , направленный по оси щеток В–В встречно потоку управле­ния . Для того, чтобы поток управления не изменялся от продольного потока реакции якоря , в ЭМУ предусмотрена его компенса­ция с помощью компенсационной обмотки КО, включаемой последова­тельно в цепь тока нагрузки. Создаваемый компенсационной обмоткой по­ток направлен так же, как и поток . Ввиду того, что потоки и значительно превосходят по величине поток управления , то компенсация должна быть очень точна, что осуществляется путем шунтирования компенсаци­онной обмотки реостатом (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Схема испытания ЭМУ

Отдаваемая ЭМУ мощность регулируется изменением магнит­ного потока управления путем изменения тока в обмотке управления. А так как всякое изменение небольшого потока вызывает возникнове­ние тока и потока , во много раз превосходящего по величине поток , то, следовательно, небольшому изменению мощности управления соот­ветствует большое изменение мощности на выходе ЭМУ.

Коэффициентом усиления ЭМУ называется отношение управляемой мощности к мощности сигнала управления .

Величина ЭМУ поперечного поля колеблется в пределах (14)10⁴.

Исследование ЭМУ заключается в снятии его основных характеристик, а именно: характеристики холостого хода, внешней характеристики, а также в определении коэффициента усиления .

Характеристикой холостого хода ЭМУ называется зависимость напря­жения на зажимах машины от тока возбуждения при разомкнутой цепи нагрузки: при и .

С

Рис. 9.3. Характеристика холостого хода ЭМУ

нимается она следующим образом: напряжение на вы­ходе ЭМУ повыша­ется до 1,3 номи­нального. Затем при постепенном умень­шении тока управления снимается нисходя­щая ветвь (рис. 9.3, кривая 1) при прямой полярности тока управления .

Далее меняется полярность и снимаются восходящая 2 и нисходящая 3 ветви обратной полярности, затем снова меняется полярность и снима­ется восходящая ветвь 4.

Внешней характеристикой называется зависимость напряжения на за­жимах от тока нагрузки при постоянном токе возбуждения, соответ­ствующем номинальному напряжению при холостом ходе и постоянной скорости вращения: при , . Снимается характеристика путем постепенного увеличения тока нагрузки.

Вследствие того, что магнитный поток компенсационной обмотки направлен так же, как и поток , то компенсационная обмотка оказывает такое же влияние на величину выходного напряжения, как последователь­ная обмотка в генераторах смешанного возбуждения. Поэтому внешние характеристики ЭМУ аналогичны внешним характеристикам генераторов смешанного возбуждения (рис. 9.4).

П

Рис. 9.4. Внешние характеристики ЭМУ: 1 – нормальная компенсация; 2 – недокомпенсация; 3 – перекомпенсация

ри полной компенсации, ко­гда ампервитки компенсационной обмотки равны ампервиткам про­дольной реак­ции якоря, т. е. , эдс ЭМУ незначительно уменьша­ется только за счет падения напряже­ния в про­дольной цепи якоря (рис. 9.4, кри­­вая 1).

При недокомпенсации, т. е. когда , внешняя характе­ристика имеет вид кривой 2, а при перекомпенсации, т. е. когда – кривой 3. Перекомпенсация, как правило, не допускается.

Обычно принимают такую степень компенсации, чтобы при росте на­грузки от до напряжение машины снижалось на 1520 % его номинального значения.