3. Двотактні магнітні підсилювачі

Двотактним магнітним підсилювачем називається підсилювач, що має статичну характеристику, при якій зміна полярності керуючого сигналу викликає зміну полярності вихідної напруги або зміну фази вихідної напруги на 180 ° (рис. 5.22).

Рисунок 5.22 – Статична характеристика

двотактного магнітного підсилювача

Двотактні схеми нерідко застосовують для підвищення стабільності характеристик підсилювача або зниження струму холостого ходу, рівного І_Hmin і підвищення коефіцієнта кратності струму навантаження І_Hmax/І_Hmin навіть у тих випадках, коли не потрібно змінювати фазу або полярність вихідної напруги.

Двотактні магнітні підсилювачі можуть бути виконані зі зворотним зв'язком і без неї, а також за спеціальними швидкодіючим схемами.

Двотактні магнітні підсилювачі з виходом на несучій частоті застосовуються головним чином для керування двигунами змінного струму та їх реверсування, а також як магнітні модулятори.

Двотактні магнітні підсилювачі з виходом на постійному струмі використовуються для керування двигунами постійного струму та їх реверсування, а також для керування полем генератора постійного струму, поляризованими електромагнітами, реле, муфтами і т.д. Найпростіші двотактні магнітні підсилювачі зазвичай виконуються шляхом з'єднання двох однотактний підсилювачів за диференціальною схемою (рис. 5.23). Обидва підсилювача в цій схемі живляться від одного трансформатора Тр з двома однаковими вторинними обмотками. Токи зміщення І`_ЗМ та І``_ЗМ , що надходять в обмотки w_ЗМ створюють початкове постійне поле. Змінний опір R_ЗМ служить для балансування (установки нуля) підсилювача при відсутності сигналу на його вході. Струм І_У сигналу, що підсилюється, поступає в

Рисунок 5.23 – Диференційна схема

двотактного магнітного підсилювача

обмотки w_У та створює магнітне поле, що співпадає за напрямком з полем зміщення в одній парі сердечників і має протилежний напрямок в іншій парі. Тому струм І₁ на виході одного підсилювача росте, а струм І₂ на виході іншого підсилювача зменшується. Завдяки тому, що в навантаженні ці струми віднімаються, на виході підсилювача з'являється струм навантаження, значення якого І_Н = Ι₁ - І₂. При відсутності сигналу на вході підсилювача Ι₁ = І₂ і струм навантаження дорівнює нулю. При зміні полярності керуючого сигналу струм І₁ на виході першого підсилювача починає зменшуватися, а струм І₂ на вихід другого підсилювача зростає. При цьому результуючий струм І_Н змінить свою фазу на 180°.

5. Електромашинні підсилювачі

Для управління порівняно потужними, до декількох десятків кВт, пристроями застосовуються електромашинні підсилювачі (ЕМУ).

Електромашиний підсилювач являє собою генератор постійного струму, що обертається з постійною швидкістю від спеціального привода, що є зовнішнім джерелом енергії. Зазвичай таким приводом є трифазний нерегульований асинхронний двигун змінного струму. На обмотку збудження електромашинного підсилювача подається підсилюваний сигнал, а вихідним сигналом є напруга, знімається з його щіток. Коефіцієнт підсилення по потужності Кр, тут, як і взагалі в підсилювачах, дорівнює відношенню вихідний електричної потужності Рвих до вхідних електричної потужності Рвх.

ЕМУ має досить велику електромагнітної інерцією, яка характеризується постійною часу Т еквівалентного електромагнітного ланцюга. Зазвичай в промислових ЕМУ постійна часу дорівнює 0,02 ... 0,25 с.

Для порівняльної оцінки якості різних ЕМУ необхідно зіставляти як коефіцієнт підсилення по потужності Кр, так і постійну часу Т. Відношення цих величин називається коефіцієнтом добротності ЕМУ.

Найпростіший ЕМУ зображений на рисунку 5.24.

Рисунок 5.24 – Схема електромашинного підсилювача,

що навантажена виконавчим двигуном

На цьому рисунку трифазний нерегульований двигун M1 обертає з постійною швидкістю n₀ якір генератора G.

Напруга з щіток ЕМУ поступає на щітки виконавчого двигуна М2 з незалежним збудженням від обмотки Wв. Напруга, що надходить на щітки виконавчого двигуна М2, пропорційно керуючій напрузі, що надійшла на обмотку управління Wy ЕМУ.

Залежно від способу збудження все ЕМУ підрозділяються на ЕМУ поздовжнього поля, де основний потік збудження направлений по подовжній осі машини, і на ЕМУ поперечної поля.

Наведений приклад стосується однокаскадного підсилювача поздовжнього поля. Коефіцієнт підсилення по потужності Кр складає тут 30 ... 100.

У звичайній електромашині постійного струму поперечна реакція якоря спотворює магнітне поле головних полюсів і викликає іскріння щіток. Тому для ослаблення поперечної реакції якоря в силовий електротехніці вживаються відповідні заходи. Але в ЕМУ з поперечним полем магнітний потік реакції якоря використовується для отримання ЕРС. З цією метою на колекторі двополюсної електромашини встановлюють додаткову пару щіток q-q, вісь яких перпендикулярна осі основних щіток р-р (рис. 5.25).

На рис. 2.9 двигун, що обертає з постійною швидкістю якір ЕМУ, умовно не показаний. На обмотку Wy, розташовану па полюсах генератора, що представляє собою ЕМУ, подається керуючий струм Іу. У поперечному ланцюзі розглянутої електромашини наводиться ЕРС Eq. Поперечна пара щіток q-q замикається накоротко або через невеликий опір обмотки підмагнічення, тому навіть невелика ЕРС Eq викликає значний струм. Якір, обертаючись у створеному таким чином поперечному магнітному полі, наводить ЕРС поздовжнього ланцюга. Під дією цієї ЕРС в ланцюзі н авантаження виникає відповідний струм.

Рисунок 5.25 – Схема двокаскадного ЕМУ з поперечним полем

Такий ЕМУ являє собою одноякірний двокаскадний підсилювач, у якого магнітний потік другого каскаду створюється поперечної реакцією якоря на першому каскаді підсилення. Тому такі ЕМУ називають також ЕМУ поперечного поля. Однак такий підсилювач працездатний лише при невеликих струмах навантаження. Це відбувається тому, що якщо до щіток поздовжньої ланцюга підключити істотне навантаження, то через обмотку якоря піде значний струм і виникаюча при цьому реакція якоря буде протидіяти керуючому магнітного потоку. Для компенсації подібної поздовжньої реакції якоря у ЕМУ з поперечним полем крім керуючої обмотки поміщають також і компенсаційне обмотку. Вона вмикається послідовно в ланцюг навантаження і нейтралізує розмагнічує дію навантажувального струму.

Потік реакції якоря повинен врівноважуватися потоком, створюваним компенсаційної обмоткою. Якщо потік реакції якоря більше, ніж потік, створюваний компенсаційної обмоткою, то ЕМУ є недокомпенсованим і при великому струмі навантаження посилення падає. Якщо потік реакції якоря менше, ніж потік, створюваний компенсаційної обмоткою, то ЕМУ є перекомпенсваним і при великому вхідному струмі виникають нелінійні спотворення. Нарешті, якщо ці магнітні потоки рівні, то розглянутий ЕМУ є більш-менш точно скомпенсований. Струм в компенсуючій обмотці можна регулювати за допомогою відповідного реостата.

Загальний коефіцієнт посилення двокаскадного ЕМУ з поперечним полем зазвичай становить 10 000. Іноді він досягає 100 000. Постійна часу при цьому досить велика і складає 0,1 ... 0,25 с.

При потужності до декількох кВт ЕМУ і приводний асинхронний двигун зазвичай конструктивно розміщують в одному корпусі.