3.2. Электромагнитный усилитель поперечного поля

Простейшим электромагнитным усилителем (ЭМУ) является генератор постоянного тока с независимым возбуждением, поскольку мощность возбуждения составляет несколько процентов от выходной мощности машины. Значительно большой коэффициент усиления по мощности (до 10⁴) имеют ЭМУ поперечного поля за счет двух каскадов усиления (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Принципиальная схема ЭМУ поперечного поля

ЭМУ представляет собой генератор, имеющий на якоре обмотку, типичную для машин постоянного тока. Шихтованную магнитную систему выполняют как с явно, так и с неявно выраженными полюсами. На коллекторе располагаются две пары щеток: аа и бб. Поперечные щетки замкнуты между собой.

Под действием потока Ф_у, создаваемого обмоткой управления LG, в цепи короткозамкнутых щеток возникает значительный ток. Результатом этого является магнитный поток Ф_а, неподвижный в пространстве. В витках обмотки якоря, пересекающих поток Ф_аa, наводится ЭДС E_э, которая снимается щетками бб и подводится к нагрузке R_н. Ток выходной цепи ЭМУ I_э создает поток реакции якоря по продольной оси Ф_аa, уменьшающий действие потока управления Ф_у. Для ослабления действия продольной составляющей реакции якоря Ф_а в усилителе имеется компенсационная обмотка LG1. В зависимости от положения ползунка потенциометра R_ш магнитный поток компенсационной обмотки может быть меньше Ф_a (недокомпенсация), равен Ф_a (полная компенсация) и больше его (перекомпенсация).

На рис 3.14. изображена регулировочная характеристика (а) ЭМУ поперечного поля и внешние характеристики (б) при различных коэффициентах компенсации. Наклон внешних характеристик характеризуется величиной эквивалентного сопротивления , зависящего от активного сопротивления якорной цепи и степени компенсации. Величину определяют из опытных данных (по аналогии с ГПТ):

.

Рис 3.14. Регулировочная (а) и внешняя (б) характеристики ЭМУ

В соответствии эквивалентное сопротивление ЭМУ может быть положительным (при недокомпенсации), отрицательным (при перекомпенсации). В системах регулирования ЭМУ, как правило, недокомпенсирован; величену можно определить по формуле

, (3.38)

где - справочное значение сопротивления якорной цепи.

Получим передаточную функцию ненагруженного ЭМУ поперечного поля. Входной координатой первого каскада усиления ЭМУ является напряжение обмотки управления , а выходной – ЭДС короткозамкнутой обмотки якоря . По аналогии с ГПТ передаточная функция первого каскада усиления

, (3.39)

где - передаточный коэффициент первого каскада усилении

- электромагнитная постоянная времени обмотки управления

- индуктивность и сопротивление обмотки управления.

Входной координатой второго каскада усиления ЭМУ является ЭДС короткозамкнутой обмотки. А выходной – ЭДС обмотки якоря , снимаемой щетками бб. Передаточная функция второго каскада

, (3.40)

где передаточный коэффициент второго каскада усиления;

- электромагнитная постоянная короткозамкнутой цепи (значения ее приводится в справочниках):

индуктивность и активное сопротивление короткозамкнутой цепи.

На основании передаточная функция ЭМУ поперечного поля

, (3.41)

где передаточный коэффициент ЭМУ по напряжению,

ЭМУ поперечного поля имеет несколько обмоток управления (до 4), что обеспечивает простоту суммирования нескольких сигналов управления. Если в схеме использовано n обмоток управления, то постоянная времени первого каскада определяется как сумма постоянных времени отдельных обмоток:

, (3.42)

где - постоянная времени i-й обмотки управления.

В справочной литературе приводятся значения постоянных времени обмоток управления, определяемые только индуктивностью и сопротивлением обмоток:

. (3.43)

Действительное значение электромагнитной постоянной времени обмотки управления зависит от величины добавочных индуктивностей и сопротивлений, обусловленных схемой включения:

. (3.44)

Заметим что благодаря двухкаскадному усилению сигналов ЭМУ поперечного поля имеют лучшее быстродействие, чем ГПТ независимого возбуждения.