4. ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ПРОДОЛЬНОГО И ПРОДОЛЬНО-ПОПЕРЕЧНОГО ПОЛЯ

Принципиальная схема двухступенчатого ЭМУ с продольным полем приведена на рис. VI. 12. Коллектор ЭМУ имеет две пары щеток 1—1 и 2—2, а статор — четыре полюса и II—II. Обмотка управления являющаяся входной цепью первой ступени усиления, размещена на полюсах I—I и при наличии управляющего напряжения создает поток управления направленный по продольной оси ЭМУ.

Рис. VI. 12. Принципиальная схема двухступенчатого ЭМУ продольного поля

Рис. VI. 13. Принципиальная схема двухступенчатого ЭМУ продольного поля с компенсацией реакции якоря

При вращении якоря максимальная э. д. с., наводимая в обмотках якоря потоком снимается со щеток 1—I (выходная цепь первой ступени усиления).

К щеткам 1—1 присоединены четыре обмотки возбуждения которые расположены на всех четырех полюсах ЭМУ. Обмотки создают поток возбуждения (входная цепь второй ступени усиления).

При вращении якоря максимальная э. д. с., наводимая в обмотках якоря потоком снимается с замкнутых накоротко щеток 2—2 и средней точки обмотки возбуждения (выходная цепь второй ступени ЭМУ).

Так как ток обмоток возбуждения протекает по обмоткам якоря, в ЭМУ создается магнитный поток направленный по поперечной оси ЭМУ. Это, в свою очередь, приводит к тому, что между щетками 2—2 появится разность потенциалов и в короткозамкнутой цепи возникнет ток. В ЭМУ установится магнитный поток Фрпр, направленный по продольной оси навстречу потоку Таким образом, реакция якоря ЭМУ от тока обмоток возбуждения создает потоки . которые практически устраняют эффект усиления.

Для компенсации реакции якоря в цепь обмоток возбуждения включается компенсационная обмотка докп, создающая магнитный поток компенсации направленный навстречу потоку (рис. VI. 13).

Достигнуть полной компенсации реакции якоря от тока обмоток возбуждения невозможно. Всегда между щетками 2—2 возникает э. д. с. Для уменьшения последней в цепь щеток 2—2 включены оппозиционная обмотка создающая магнитный поток направленный по поперечной цепи ЭМУ навстречу потоку и компенсационная обмотка докпр, создающая магнитный поток Фкпр по продольной оси ЭМУ навстречу потоку

Другим существенным недостатком двухкаскадного ЭМУ продольного поля, принципиальная схема которого приведена на рис. VI. 12, являются значительные искажения магнитного поля и ухудшения статических и динамических характеристик ЭМУ при включении выходной цепи на нагрузку. Это искажение обусловливается протеканием тока нагрузки по обмоткам возбуждения (и по обмоткам компенсации).

С целью устранения влияния тока нагрузки на работу ЭМУ все обмотки ЭМУ, за исключением обмотки управления, выполняются бифилярными. На рис. VI. 14 приведена схема двухступенчатого ЭМУ продольного поля с бифилярным выполнением обмоток и на ней же показаны направления потоков от тока нагрузки (штриховые стрелки) и от тока возбуждения (сплошные стрелки; обмотка управления не показана)

Для изменения степени компенсации компенсационная и оппозиционная обмотки ЭМУ зашунтированы регулирующим сопротивлением (на рис. VI. 13 и 14 не показаны).

На рис. VI. 15 приведена схема трехступенчатого ЭМУ продольнопоперечного поля. Коллектор ЭМУ имеет две пары щеток: 1—1 и 2—2. Статор имеет четыре полюса: и II—II.

(кликните для просмотра скана)

Обмотка управления являющаяся входной цепью первой ступени усиления, размещена на полюсах I—I и при наличии управляющего напряжения создает поток управления направленный по продольной оси ЭМУ.

При вращении якоря максимальная э. д. с., наводимая в обмотках якоря потоком снимается со щеток 1—1 (выходная цепь первой ступени усиления).

Щетки 1—1 закорочены. Возникающий в обмотках якоря, закороченных щетками 1—1, ток создает магнитный поток направленный по поперечной цепи ЭМУ (входная цепь второй ступени усиления).

При вращении якоря максимальная э. д. с., наводимая в обмотках якоря потоком снимается со щеток 2—2 (выходная цепь второй ступени усиления).

Таким образом, первая и вторая ступень усиления трехступенчатого ЭМУ продольно-поперечного поля представляют собой ЭМУ поперечного поля.

К щеткам 2—2 присоединены четыре обмотки возбуждения которые расположены на всех четырех полюсах ЭМУ. В обмотках создается поток возбуждения (выходная цепь третьей ступени усиления).

При вращении якоря максимальная э. д. с., наводимая в обмотках якоря потоком снимается с замкнутых накоротко щеток 1—1 и средней точки обмотки возбуждения (выходная цепь третьей ступени усиления).

Для компенсации реакции якоря по продольной оси в трехступенчатом ЭМУ продольно-поперечного поля, как и в ЭМУ поперечного поля, применяется компенсационная обмотка расположенная на полюсах

В ЭМУ поперечно-продольного поля так же, как и в ЭМУ поперечного поля, для изменения степени компенсации обмотки зашунтированы регулируемым сопротивлением (на рис. VI. 15 не показаны).

Для устранения влияния тока нагрузки на ориентацию магнитного поля ЭМУ все обмотки в трехступенчатом ЭМУ продольнопоперечного поля, кроме обмотки управления, выполняются бифилярными. На рис. VI. 15 потоки от тока нагрузки показаны штриховыми линиями.

Для повышения коэффициента усиления в ЭМУ продольного и продольно-поперечного поля используется обмотка самовозбуждения. Она помещается на всех четырех полюсах ЭМУ и включается последовательно или параллельно с нагрузкой ЭМУ.

Рассмотрим динамические характеристики ЭМУ продольного и продольно-поперечного поля.

ЭМУ продольного поля. В режиме холостого хода имеет место следующая система уравнений идеального двухступенчатого

ЭМУ продольного поля, устанавливающая зависимость выходного напряжения от входного

где — индуктивности и активные сопротивления соответственно поперечной и продольной цепей якоря индуктивности обмоток: соответственно четырех обмоток возбуждения, двух компенсационных обмоток и обмоток якоря поперечной и продольной цепей; — коэффициент взаимной индукции между одной парой обмоток возбуждения, находящихся в продольной и поперечной цепях, и секциями якоря, соединенными одной поперечной и одной продольной щетками якоря; остальные обозначения соответствуют ранее принятым.

Систему уравнений (VI.68) удобно записать в виде

где

— передаточный коэффициент участка ЭМУ: оппозиционная обмотка — продольная цепь якоря,

остальные обозначения соответствуют ранее принятым.

Структурная схема идеального двухступенчатого ЭМУ продольного поля при холостом ходе приведена на рис. VI. 16, а.

Передаточная функция двухступенчатого ЭМУ продольного поля при холостом ходе

Входящие в последнее выражение коэффициенты определяются из совместного решения уравнений (VI.33).

Рис. VI. 16. Структурная схема двухступенчатого ЭМУ продольного поля: а — в режиме холостого хода; б — в режиме холостого хода при полной компенсации реакций якоря

Не приводя здесь величин всех коэффициентов, отметим лишь величину

Здесь — передаточный коэффициент ЭМУ на участке обмотки возбуждения — обмотки якоря ЭМУ,

остальные обозначения соответствуют ранее принятым.

Если в ЭМУ осуществлена полная компенсация, т. е. то в этом случае и система уравнений (VI.33) примет вид

Структурная схема двухступенчатого ЭМУ продольного поля для случая полной компенсации приведена на рис. VI. 16, б.

Передаточная функция в этом случае

где

ЭМУ продольно-поперечного поля. Применительно к идеальному трехступенчатому ЭМУ продольно-поперечного поля справедлива следующая система уравнений, позволяющая исследовать динамические характеристики ЭМУ в режиме холостого хода:

где — индуктивности и активные сопротивления поперечной и продольной цепей якоря:

Систему уравнений (VI.38) удобно записать в виде

где

остальные обозначения соответствуют ранее принятым.

Структурная схема идеального трехступенчатого ЭМУ продольно-поперечного поля в режиме холостого хода приведена на рис. VI. 17, а.

Передаточная функция идеального трехступенчатого ЭМУ продольно-поперечного поля при холостом ходе также определяется выражением (VI.34), причем

Если в ЭМУ осуществлена полная компенсация т. е. и то система уравнений (VI.39) примет вид

Передаточная функция идеального трехступенчатого ЭМУ продольно-поперечного поля для случая полной компенсации реакции якоря в режиме холостого хода

где

Структурная схемд трехступенчатого ЭМУ продольно-поперечного поля для случая полной компенсации реакции якоря в режиме холостого хода приведена на рис. VI.

Рис. VI. 17. Структурная схема трехступенчатого ЭМУ продольно-поперечного поля: а — в режиме холостого хода; б — в режиме холостого хода при полной компенсации реакции якоря

При работе двухступенчатого и трехступенчатого ЭМУ на электродвигатель постоянного тока динамические характеристики системы ЭМУ — электродвигатель можно получить из совместного решения уравнений (VI.33), (VI.39) и уравнения

В этом случае передаточная функция нагруженного двухступенчатого ЭМУ продольного поля

а при полной компенсации реакции якоря

Передаточная функция нагруженного трехступенчатого ЭМУ продольно-поперечного поля определяется согласно выражению (VI.42), а при полной компенсации

В сравнении с ЭМУ поперечного поля ЭМУ продольного и продольно-поперечного поля обладают рядом существенных преимуществ.

Прежде всего ЭМУ поперечного поля из-за тяжелых условий коммутации под поперечными щетками изготовляются в основном для сравнительно низкого диапазона мощностей от 0,1 до 10—20 кВт. ЭМУ продольного продольно-поперечного поля изготовляются в диапазоне высоких мощностей от 15 до 100 кВт.

Достоинством ЭМУ продольного и продольно-поперечного поля в сравнении с ЭМУ поперечного поля является также то, что ЭМУ имеют более высокие величины передаточных коэффициентов и более низкие величины постоянных времени. Так, коэффициенты усиления трехступенчатого ЭМУ продольно-поперечного поля по напряжению при применении обмоток самовозбуждения могут достигнуть величин порядка .

Таблица VI.3 (см. скан) Основные технические характеристики трехступенчатых ЭМУ продольно-поперечного поля.

Существенным достоинством ЭМУ продольного и продольно-поперечного поля является более простая схема введения положительных или отрицательных обратных связей по току нагрузки.

При одинаковых величинах передаточных коэффициентов трехступенчатый ЭМУ продольно-поперечного поля является более быстродействующим усилителем в сравнении с двухступенчатым ЭМУ продольного поля [1,5].

Нашей промышленностью выпускаются трехступенчатые ЭМУ продольно-поперечного поля серии ПУ (табл. VI.3).