Электромашинные усилители
Покупка
Тематика:
Электроэнергетика. Электротехника
Издательство:
Издательство Уральского университета
Год издания: 2017
Кол-во страниц: 60
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7996-2174-2
Артикул: 798514.01.99
Доступ онлайн
В корзину
усилителях (ЭМУ), области их применения, особенности конструкции. Содержится подробное описание ЭМУ с поперечным полем как наиболее распространенного типа электромашинного усилителя, приведены его статические и динамические характеристики. Даны общие указания и рекомендации для исследования электромашинного усилителя поперечного поля, подробные указания и советы по обработке и анализу опытных данных.
Работа предназначена для студентов, обучающихся по направлению 13.03.02 — Электроэнергетика и электротехника, профиль «Электромеханика» (бакалавриат). Может быть использована при обучении студентов профиля «Общая теория электромеханического преобразования энергии» (магистратура).
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина В. И. Денисенко, В. Н. Кичигин, М. В. Кычанов электромашинные усилители Учебно-методическое пособие Под общей редакцией доктора технических наук, профессора В. И. Денисенко Рекомендовано методическим советом Уральского федерального университета для студентов вуза, обучающихся по направлению 13.03.02 — Электроэнергетика и электротехника, профиль «Электромеханика» 3‑е издание, исправленное Екатеринбург Издательство Уральского университета 2017
УДК 621.375.6(075.8) ББК 31.26я73 Д33 Рецензенты: Кавалеров Б. В., д-р техн. наук завкафедрой «Электротех- ника и электромеханика» Пермского национального исследователь- ского политехнического университета; Шулаков Н. В., д-р техн. наук, проф., заслуженный работник Высшей школы, лауреат премии Пра- вительства РФ; Смолин Г. К., д-р техн. наук, проф. Российского госу- дарственного профессионально-педагогического университета Д33 Денисенко, В. И. Электромашинные усилители : учебно-методическое пособие / В. И. Денисенко, В. Н. Кичигин, М. В. Кычанов ; под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. В. И. Денисенко. — 3-е изд., испр. — Ека- теринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2017. — 60 с. ISBN 978-5-7996-2174-2 В пособии отражены общие теоретические сведения об электромашинных усилителях (ЭМУ), области их применения, особенности конструкции. Содержится подробное описание ЭМУ с поперечным полем как наиболее распространенного типа электромашинного усилителя, приведены его ста- тические и динамические характеристики. Даны общие указания и рекомендации для исследования электромашинно- го усилителя поперечного поля, подробные указания и советы по обработке и анализу опытных данных. Работа предназначена для студентов, обучающихся по направлению 13.03.02 — Электроэнергетика и электротехника, профиль «Электромеханика» (бакалав- риат). Может быть использована при обучении студентов профиля «Общая те- ория электромеханического преобразования энергии» (магистратура). Библиогр.: 5 назв. Рис. 23. Табл. 10. Прил. 1. Подготовлено кафедрой «Электрические машины»УралЭНИН. УДК 621.375.6(075.8) ББК 31.26я73 ISBN 978-5-7996-2174-2 © УГТУ–УПИ, 2008 © Уральский федеральный университет, 2011, с изменениями © Уральский федеральный университет, 2017, 3-е изд., испр.
1. Основы теории электромашинных усилителей 1.1. Общие сведения и примеры использования электромашинных усилителей Электромашинный усилитель (ЭМУ) — это специальный генератор постоянного тока с большим соотношением между выходной мощно- стью и входным сигналом, подаваемым в цепь возбуждения. В усили- теле посредством системы малой мощности управляют сравнитель- но большой мощностью (выходная величина). При этом выходная величина является функцией входного сигнала и усиление происхо- дит за счет энергии внешнего источника. В электромашинных усили- телях выходная (управляемая) мощность создается за счет механиче- ской мощности приводного двигателя. Электромашинные усилители выпускаются серийно и нашли широ- кое применение в системах автоматического регулирования и автома- тизированного электропривода. Широкое применение ЭМУ обуслов- лено не только их большим коэффициентом усиления и достаточно высоким быстродействием по сравнению с другими видами усилите- лей, но и способностью изменять полярность напряжения на выходе при изменении полярности на входе, а также высокой перегрузочной способностью. ЭМУ используется для возбуждения более мощных ге- нераторов, а также в системах генератор — двигатель, где генератор, а часто еще и возбудитель представляют собой независимые электро- машинные усилители, соединенные в каскад.
1. ОснОвы теОрии электрОмашинных усилителей В системах автоматики используются одноступенчатые ЭМУ, каскад ЭМУ, а также двухступенчатые электромашинные усилители. В каче- стве одноступенчатого ЭМУ может быть использован обычный гене- ратор постоянного тока с независимым возбуждением. Каскад ЭМУ представляет собой два или несколько последовательно соединенных ЭМУ. Широко применяются двухступенчатые ЭМУ поперечного поля. ЭМУ применяют как в разомкнутых, так и в замкнутых системах ав- томатического регулирования, в которых для улучшения характеристик используются обратные связи по току и напряжению. Система ЭМУ — генератор используется для автоматического регулирования напряже- ния генератора; система ЭМУ — двигатель — для автоматического ре- гулирования частоты вращения двигателя, где ЭМУ применяются как в качестве возбудителей генератора, так и в качестве самих генераторов. Следящая система с ЭМУ используется в качестве усилителя мощности. С внедрением достаточно мощных электронных усилителей приме- нение ЭМУ в системе генератор — двигатель значительно сокращается. Однако ЭМУ до сих пор находят применение в системах ЭМУ — дви- гатель, где электромашинный усилитель используется в качестве гене- ратора, питающего двигатель. В последние годы в результате исполь- зования промежуточных полупроводниковых усилителей значительно увеличились диапазон регулирования и быстродействие электропри- водов, работающих на системах ЭМУ — двигатель. Такие электропри- воды применяются в различных областях. Электроприводы с исполь- зованием ЭМУ мощностью до 10 кВт получили в настоящее время распространение в станках и установках радиоэлектронной промыш- ленности. Рассмотрим несколько примеров использования электро- машинных усилителей в схемах автоматики. На рис. 1.1 приведена схема бесконтактной системы автоматическо- го регулирования амплитуды синусоидального напряжения. Эта схема применяется на радиозаводах, на участках настройки телевизоров и радиоприемников, где напряжение должно быть стабилизировано по амплитуде и синусоидально изменяться по времени. Применение феррорезонансных стабилизаторов для этих целей недопустимо, так как, поддерживая с достаточной точностью амплитуду, феррорезонансные стабилизаторы сильно искажают синусоиду. Поэтому в таких случаях применяют системы автоматической стабилизации напряжения с использованием в качестве регулирующего органа индукционного регулятора.
1.1. Общие сведения и примеры использования электромашинных усилителей Ротор ИР Статор ИД ЭС ЭУ У1 У2 w ~220 Сеть ~380 Рис. 1.1. Схема бесконтактной системы автоматического регулирования амплитуды синусоидального напряжения В схеме на рис. 1.1 нестабильное трехфазное напряжение подается на ротор индукционного регулятора ИР. Выходное стабилизируемое напряжение снимается с зажимов статора, подается на приемники и одновременно на вход элемента сравнения, где сравнивается с опорным эталонным напряжением. Сигнал рассогласования усиливается электронным усилителем ЭУ и поступает на одну из обмоток управле- ния электромашинного усилителя — У1 или У2. В зависимости от по- лярности сигнала рассогласования на выходе ЭМУ появляются напря- жения прямой или обратной полярности и исполнительный двигатель ИД, вращаясь, перемещает ротор индукционного регулятора в сторо- ну уменьшения или увеличения напряжения. На рис. 1.2 представлена электрическая схема полуавтомата для спая стеклянного дна с металлическим конусом электронно-лучевых тру- бок. Вид спая в этом случае несогласованный, так как коэффициент линейного расширения материала конуса (хромистая сталь) и стекла неодинаковый. Поэтому для получения хорошего спая необходимо сначала произвести разогрев стекла. Эту операцию выполняет блок нагревателей БН, температура которого контролируется термопарой Т и автоматически поддерживается терморегулирующим прибором
1. ОснОвы теОрии электрОмашинных усилителей ЭМР. Сваривание при рабочей температуре 1100–1200 °C произво- дится токами высокой частоты, которые вырабатывает генератор по- вышенной частоты Г, питающий блок индукторов БИ. Для получения стабильного выходного напряжения генератора Г его цепь возбужде- ния питается от ЭМУ поперечного поля. В этой схеме ЭМУ играет роль усилителя мощности и элемента сравнения. На рис. 1.1 и рис. 1.2 при- ведены схемы использования электромашинных усилителей в системах радиоэлектронной промышленности. Аналогичных схем в различных автоматизированных системах, где в качестве усилителей мощности используются ЭМУ поперечного поля, довольно много. Применению ЭМУ в этих схемах способствует наличие нескольких обмоток управле- ния, что позволяет сравнивать сигналы и вводить обратные связи. Вы- сокий коэффициент усиления повышает быстродействие таких систем. ~380/220 ЭМУ ПД Г БИ БК ЭМР Т БН Рис. 1.2. Схема полуавтомата для спая стеклянного дна с металлическим конусом электронно-лучевых трубок
1.1. Общие сведения и примеры использования электромашинных усилителей На рис. 1.3 показана схема привода антенны радиолокационной станции в режиме кругового вращения с постоянной угловой скоро- стью. Схема состоит из исполнительного двигателя постоянного тока ИД, приводящего во вращение антенну А, тахогенератора постоянного тока ТГ, механически связанного с валом ИД, и двух усилителей: электронного ЭУ и ЭМУ поперечного поля. При мощности исполнительного двигателя в несколько сотен ватт и более такая двухступен- чатая схема усиления с ЭМУ поперечного поля может иметь лучшие технико-экономические характеристики, чем электронная. Задающим элементом является делитель напряжения ДН, питающийся от источника постоянного тока. -U1 -U1 -UГ -UЭ -U1 -Uр -UУ С ДН ЭУ ЭМУ ТГ ИД Рис. 1.3. Схема привода антенны радиолокационной станции Привод работает следующим образом. Необходимая угловая скорость задается соответствующим значением эталонного напряже- ния Uэ. Это напряжение через элемент сравнения поступает на вход усилителя ЭУ. После усиления в ЭУ и ЭМУ напряжение Uу подается
1. ОснОвы теОрии электрОмашинных усилителей на обмотку управления исполнительного двигателя, обмотка возбуждения которого постоянно подключена к источнику напряжения U1. Ротор двигателя начинает вращаться и поворачивать антенну А и ротор тахогенератора ТГ. Выходное напряжение тахогенератора Uг сравни- вается в узле С с эталонным напряжением Uэ, и на выходе усилитель- ного каскада устанавливается постоянное значение Uу, определяемое напряжением рассогласования Uр. Ротор ИД и антенна непрерыв- но вращаются с постоянной угловой скоростью. Маломощные элек- тромашинные усилители мощности (ЭМУ) в диапазоне мощностей от нескольких десятков до нескольких сотен ватт широко используют- ся во многих отраслях техники, применяющих автоматические устрой- ства для регулирования и управления различными исполнительными механизмами, производственными процессами и некоторыми специ- альными объектами. Посредством ЭМУ в этих устройствах управля- ют относительно большими мощностями с помощью малой подавае- мой мощности в управляющие обмотки усилителя. В схемах автоматических устройств применяется два типа ЭМУ: ЭМУ с поперечным полем и ЭМУ с продольным полем. 1.2. Генератор постоянного тока как электромашинный усилитель В качестве простейшего ЭМУ можно рассматривать обычный гене- ратор постоянного тока с независимым возбуждением (см. рис. 1.4). Обмотка возбуждения такого генератора является обмоткой управле- ния, а цепь якоря — выходной цепью. На рис. 1.5 представлена энергетическая диаграмма простейшего электромашинного ЭМУ, показывающая преобразование механиче- ской мощности P1, получаемой с вала от приводного двигателя, в элек- трическую мощность P2 = Ia · Ua. В процессе преобразования потребляемая мощность расходуется на покрытие механических потерь (потери на трение, вентиляцион- ные потери) PМХ, магнитных потерь (на гистерезис и вихревые токи) PМГ, добавочных потерь PД. Полученная электромагнитная мощность
1.2. Генератор постоянного тока как электромашинный усилитель PЭМ включает в себя электрические потери в обмотке якоря PЭЛ и по- лезную выходную мощность P2. Так как в таких генераторах мощность возбуждения (мощность управления), как правило, PУ = (0,01–0,02)PН, где PН — номинальная мощность усиления, то коэффициент усиления простейшего ЭМУ К Р Р У ВЫХ ВХ 2 У 50 100 = = = ё P P , (1.1) где РВЫХ — выходная мощность (в цепи нагрузки); РВХ — входная мощ- ность (мощность, подаваемая на обмотку напряжения). Uy Iy R н q d d Ia UB q Рис. 1.4. ЭМУ как генератор постоянного тока с независимым возбуждением Таким образом, электрическая мощность, поданная в обмотку управления (возбуждения), усилена в 50–100 раз за счет преобразо- вания механической мощности в электрическую. В зависимости от способа возбуждения ЭМУ подразделяют- ся на усилители продольного поля (пример — простейший элек- тромашинный усилитель), в котором поток возбуждения (управле- ния) направлен по продольной оси машины, и ЭМУ поперечного поля, в которых основной поток возбуждения направлен по попереч- ной оси.
Доступ онлайн
В корзину