Электромашинный усилитель
Электромашинный усилитель (ЭМУ)[1][2]— электрическая вращающаяся машина, обычно коллекторная, постоянного тока, работающая в генераторном режиме, используемая для усиления сигналов. Преобразует энергию вращающегося вала в энергию усиленного сигнала. Обладают очень высоким коэффициентом усиления сигнала (102—105) и высокой мощностью. Благодаря этим качествам ЭМУ нашли своё применение в управлении точными и мощными электроприводами в системах автоматического регулирования.
Для мощностей менее 1,5 кВт ЭМУ обычно объединяют с его приводным электродвигателем в одном корпусе[1], то есть в одной конструкции присутствует две электрических машины. Но в литературе принято определять ЭМУ как одну электрическую машину. Если рассматривать ЭМУ вместе с его приводным электродвигателем, то такое устройство преобразует не механическую, а электрическую энергию сети в энергию выходного сигнала.
Разновидности
- Генератор постоянного тока с независимым возбуждением — фактически является ЭМУ
- ЭМУ с продольным полем
- ЭМУ с самовозбуждением
- ЭМУ с поперечным полем (поперечного поля) — наиболее распространённая разновидность ЭМУ
Принцип действия
На примере самого простого представителя ЭМУ — генератора с независимым возбуждением — работа ЭМУ выглядит следующим образом. Входной сигнал в виде меняющегося напряжения подаётся на обмотку возбуждения генератора, что создаёт в ней меняющийся ток. Ток в свою очередь создаёт магнитный поток в магнитопроводе статора и роторе, что, при вращении ротора, приводит к выработке электрического тока генератором. Вырабатываемая мощность пропорциональна входному сигналу ( с учётом небольших искажений, вносимых гистерезисом магнитопровода). Таким образом генератор увеличивает мощность входного сигнала в 50—100 раз.
Работа наиболее распространённого ЭМУ с поперечным полем основана на том же принципе, но сверх этого реализован второй каскад усиления, работающий следующим образом. Усиленный генератором сигнал (ЭДС) снимается со щёток генератора (они расположены поперёк магнитного потока статора), которые замкнуты накоротко. Благодаря малому сопротивлению обмотки, ток в якоре течёт мощный. Этот мощный ток создаёт в роторе магнитный поток, направленный поперечно потоку первого каскада, который наводит в сегментах этой же обмотки, в данный момент расположенных продольно, ЭДС второго каскада. Эта ЭДС снимается с ротора второй парой щёток расположенных продольно. Таким образом обеспечивается вторая ступень усиления. Причём важно, что оно достигается небольшим увеличением конструкции и её веса по сравнению с одноступенчатым усилителем — ротор целиком и бо́льшая часть статора одновременно работают в первом и втором каскадах усиления.
Преимущества
- Большой коэффициент усиления
- Большая мощность
- Достаточное (для силовых электроприводов) быстродействие
- Приемлемая надёжность (как у коллекторных электрических машин)
- Высокий КПД, свойственный электрическим машинам
- Высокая помехозащищённость (свойственная электомашинам)
Недостатки
- Относительно большие габариты и масса (для управления одним электродвигателем требуется ещё две электрических машины бо́льших мощности и массы — ЭМУ и его приводной электродвигатель).
- Относительно невысокое быстродействие для высокочастотных сигналов.
- Искажение усиливаемого сигнала за счёт магнитного гистерезиса магнитопровода.
- Мощные коллекторные электромашины являются источниками помех и электромагнитных полей для другого электрооборудования.
Применение
Благодаря своим уникальным качествам — высокая мощность, коэффициент усиления, КПД, приемлемое быстродействие, ЭМУ незаменимы в управлении мощными, точными и динамичными электроприводами, такими как исполнительные приводы систем управления и стабилизации танковых, корабельных, авиационных и артиллерийских пушечных установок, танковых и судовых башен, и других систем управления оружием.
Примечания
- ↑ 1,0 1,1 Денисенко В. И., Кичигин В. Н., Кычанов М. В. Электромашинные усилители / под общ. ред. В. И. Денисенко. — Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2017. — 60 с. — ISBN 978-5-7996-2174-2.
- ↑ Волков Н. И., Миловзоров В. П. 2.6 Электромашинные усилители // Электромашинные устройства автоматики. — Высшая школа, 1986. — 335 с.
Литература
- Электромашинный усилитель / Беспалов В. Я. // Большая российская энциклопедия [Электронный ресурс]. — 2022.
- Электромашинный усилитель // Экслибрис — Яя. — М. : Советская энциклопедия, 1978. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 30).
- Электромашинный усилитель // Большая политехническая энциклопедия. — М.: Мир и образование, 2011.
- Бариев Н. В., Добровольский Л. А., Седаков Л. В. Электромашинный усилитель поперечного поля. (Библиотека электромонтера) — Москва; Ленинград: Госэнергоиздат, 1962. — 56 с.