Amplificateurs électromécaniques

Un amplificateur est un appareil dans lequel un signal de faible puissance (quantité d'entrée) commande une puissance relativement élevée (quantité de sortie). Dans ce cas, la valeur de sortie est fonction du signal d'entrée et le gain est dû à l'énergie d'une source externe.

La puissance électrique de sortie (contrôlée) des amplificateurs V des machines électriques est générée à partir de la puissance mécanique du moteur d'entraînement.

Les amplificateurs électromécaniques (EMU) sont des machines à collecteur CC.

Selon la méthode d'excitation, les amplificateurs de machines électriques sont divisés en amplificateurs de champ longitudinal et en amplificateurs de champ transversal.

Les amplificateurs de champ longitudinal, où le flux d'excitation principal est dirigé le long de l'axe longitudinal de la machine, comprennent :

1) amplificateur de machine électrique indépendant,

2) Amplificateur de machine électrique auto-excité,

3) amplificateurs à deux machines,

4) amplificateur de machine électrique à deux collecteurs,

5) amplificateurs de machines électriques à deux et trois étages du champ longitudinal

Les amplificateurs à champ transversal, dans lesquels le flux d'excitation principal est dirigé le long de l'axe transversal de la machine, comprennent :

1) Amplificateurs électromécaniques avec un pas diamétral de l'enroulement d'induit,

2) amplificateurs de machines électriques à pas d'armature de demi-diamètre,

3) Amplificateurs électromécaniques avec un système magnétique divisé.

Plus la puissance de commande de l'amplificateur de la machine électrique est faible, plus le poids et les dimensions de l'équipement de commande sont faibles. Par conséquent, la principale caractéristique est le profit. Différencier le gain de puissance, le gain de courant et le gain de tension.

Le gain de puissance de l'amplificateur kp est le rapport de la puissance de sortie Pout à la puissance d'entrée Pin en régime permanent :

kp = Psortie / Pvx

Gain de tension:

kti = Uout / Uin

où Uout est la tension du circuit de sortie ; — tension du circuit d'entrée.

Gain de courant ki Le rapport du courant du circuit de sortie de l'amplificateur de sortie Az au courant du circuit d'entrée Azv :

ki = Moi dehors / Azv

Il résulte de ce qui précède que les amplificateurs des machines électriques peuvent avoir un gain de puissance suffisamment élevé (103 — 105). Tout aussi important pour l'amplificateur est sa performance, caractérisée par les constantes de temps de ses circuits.

Ils visent à obtenir un gain de puissance élevé et une vitesse de réponse élevée d'un amplificateur de machine électrique, c'est-à-dire les plus petites constantes de temps possibles.

Dans les systèmes de contrôle automatique, les amplificateurs de machines électriques sont utilisés comme amplificateurs de puissance et fonctionnent principalement dans des modes transitoires au cours desquels des surcharges de courant importantes se produisent. Par conséquent, l'une des exigences pour un amplificateur de machine électrique est une bonne capacité de surcharge.

La fiabilité et la stabilité de fonctionnement sont parmi les exigences les plus importantes pour un amplificateur de machine électrique.

Les amplificateurs des machines électriques utilisés dans les avions et les installations de transport doivent être aussi petits et légers que possible.

Dans l'industrie, les plus largement utilisés sont l'amplificateur de machine indépendant, l'amplificateur de machine auto-excité et l'amplificateur de machine à champs croisés à pas de diamètre.

Le facteur d'amplification de puissance d'une EMU indépendante ne dépasse pas 100. Pour augmenter le facteur d'amplification de puissance de l'EMU, des amplificateurs de machine électrique auto-excités ont été créés.

Une EMU structurelle avec auto-excitation (EMUS) ne diffère d'une EMU indépendante que par le fait que l'enroulement d'auto-excitation est placé sur ses pôles d'excitation coaxialement avec les enroulements de commande, qui est connecté en parallèle avec l'enroulement d'induit ou en série avec lui.

De tels amplificateurs sont principalement utilisés pour alimenter l'enroulement d'excitation du générateur dans le système générateur-moteur, et dans ce cas la durée du transitoire est déterminée par la constante de temps du générateur.

Contrairement aux EMU indépendantes et aux EMU auto-excitées (EMUS), où le flux d'excitation principal est le flux magnétique longitudinal dirigé le long des pôles d'excitation, dans les EMU à champ transversal, le flux d'excitation principal est le flux transversal de la réaction d'induit.

La caractéristique statique la plus importante de l'EMU à champ croisé est le facteur de gain de puissance. Un gain important est obtenu du fait que l'EMU à champ croisé est un amplificateur à deux étages. Le premier étage d'amplification : la bobine de commande est court-circuitée aux balais transversaux.Deuxième étage : chaîne en court-circuit des brosses transversales - chaîne de sortie des brosses longitudinales. Par conséquent, le gain de puissance total est kp = kp1kp2, où kp1 est le gain du 1er étage ; kp2 — facteur d'amplification du 2e étage.

Lors de l'utilisation d'amplificateurs de machines électriques dans des systèmes de contrôle automatique fermés (stabilisateurs, régulateurs, systèmes de suivi), la machine doit être légèrement sous-compensée (k = 0,97 ÷ 0,99), car en cas de surcompensation dans le système pendant le travail, une fausse perturbation sera se produisent en raison de la bobine de compensation m.s. résiduelle, ce qui entraînera l'apparition d'auto-oscillations dans le système.

Le gain de puissance global du champ transversal EMU est proportionnel à la quatrième puissance de la vitesse de rotation de l'induit, à la conductivité magnétique le long des axes transversal et longitudinal, et dépend du rapport des résistances des enroulements de la machine et de la charge.

Il s'ensuit que l'amplificateur aura le gain de puissance le plus élevé, le circuit magnétique le moins saturé et la vitesse de sa rotation la plus élevée. Il est impossible d'augmenter excessivement la vitesse de rotation, car l'effet des courants de commutation commence à augmenter de manière significative. Par conséquent, avec une augmentation excessive de la vitesse due à une augmentation des courants de commutation, le gain de puissance n'augmentera pas et pourra même diminuer.

Application des amplificateurs de machines électriques

Les amplificateurs de machines électriques sont produits en série et largement utilisés dans les systèmes de contrôle automatique et les entraînements électriques automatisés.Dans les systèmes générateur-moteur, le générateur, et souvent l'excitateur, sont essentiellement des amplificateurs de machines électriques indépendants connectés en cascade. Les plus courants sont les amplificateurs électriques à champ transversal. Ces amplificateurs présentent de nombreux avantages dont les principaux sont :

1) gain de puissance élevé.

2) faible puissance d'entrée,

3) une vitesse suffisante, c'est-à-dire de petites constantes de temps des circuits amplificateurs. Le temps de montée de la tension de zéro à la valeur nominale pour les amplificateurs industriels d'une puissance de 1 à 5 kW est de 0,05 à 0,1 s,

4) une fiabilité, une durabilité suffisantes et de larges limites de variation de puissance,

5) la possibilité de changer les caractéristiques en changeant le degré de compensation, ce qui permet d'obtenir les caractéristiques externes nécessaires.

Les inconvénients des amplificateurs de machines électriques comprennent :

1) des dimensions et un poids relativement importants par rapport aux générateurs à courant continu de même puissance, puisqu'un circuit magnétique non saturé est utilisé pour obtenir des gains importants,

2) la présence de contraintes résiduelles dues à l'hystérésis. FEM induite dans l'induit par le flux résiduel magnétisme, déforme la dépendance linéaire de la tension de sortie sur le signal d'entrée dans la région des petits signaux et viole l'unicité de la dépendance des paramètres de sortie des amplificateurs de la machine électrique sur ceux d'entrée lors du changement de polarité du signal d'entrée, puisqu'un flux de magnétisme résiduel avec une polarité constante du signal augmentera le flux de contrôle, et lorsque la polarité du signal a changé, il a diminué le flux de contrôle.

De plus, sous l'influence de la FEM résiduelle d'un amplificateur de machine électrique fonctionnant en mode de surcompensation, avec une faible résistance de charge et un signal d'entrée nul, il peut s'auto-exciter et perdre sa contrôlabilité. Ce phénomène s'explique par une augmentation incontrôlable du flux magnétique longitudinal de la machine, initialement égal au flux de magnétisme résiduel, due à l'action motrice de la bobine de compensation.

Afin de neutraliser l'effet néfaste du flux de magnétisme résiduel dans l'amplificateur de la machine électrique, une démagnétisation du courant alternatif est effectuée et les amplificateurs des machines électriques eux-mêmes sont placés dans des systèmes automatiques quelque peu insuffisamment.

Il convient de noter qu'avec l'introduction des convertisseurs à semi-conducteurs, l'utilisation d'amplificateurs de machines électriques dans le système d'entraînement électrique d'un amplificateur (générateur) d'une machine électrique - le moteur a été considérablement réduite.