מגברים אלקטרומכניים
מגבר הוא מכשיר שבו אות הספק נמוך (כמות כניסה) שולט בהספק גבוה יחסית (כמות פלט). במקרה זה, ערך הפלט הוא פונקציה של אות הכניסה וההגבר מתרחש עקב האנרגיה של מקור חיצוני.
מגברי V של מכונות חשמליות פלט (מבוקר) כוח חשמלי מופק מהכוח המכני של מנוע ההנעה.
מגברים אלקטרו-מכניים (EMU) הם מכונות אספנים DC.
בהתאם לשיטת העירור, מגברי מכונות חשמליות מחולקים למגברי שדה אורכיים ומגברי שדה רוחבי.
מגברי שדה אורכיים, שבהם שטף העירור העיקרי מכוון לאורך ציר האורך של המכונה, כוללים:
1) מגבר מכונה חשמלית עצמאית,
2) מגבר מכונה חשמלית מתרגש בעצמו,
3) מגברים דו-מכונים,
4) מגבר מכונה חשמלית עם שני אספנים,
5) מגברי מכונות חשמליות דו ותלת שלבים של שדה האורך
מגברי שדה רוחביים, שבהם שטף העירור העיקרי מכוון לאורך הציר הרוחבי של המכונה, כוללים:
1) מגברים אלקטרו-מכניים עם גובה רוחב קוטר של פיתול האבזור,
2) מגברי מכונות חשמליות בחצי קוטר של אבזור,
3) מגברים אלקטרומכניים עם מערכת מגנטית מפוצלת.
ככל שעוצמת הבקרה של מגבר המכונה החשמלית נמוכה יותר, כך המשקל והממדים של ציוד הבקרה קטנים יותר. לכן, המאפיין העיקרי הוא רווח. הבדיל בין רווח כוח, רווח זרם ורווח מתח.
רווח ההספק של המגבר kp הוא היחס בין הספק המוצא Pout לפין הספק המבוא בפעולה במצב יציב:
kp = Poutput / Pvx
רווח מתח:
kti = Uout / Uin
כאשר Uout הוא מתח מעגל המוצא; - מתח מעגל כניסה.
רווח זרם ki היחס בין הזרם של מעגל המוצא של מגבר המוצא Az לזרם של מעגל הכניסה Azv:
קי = אני בחוץ / Azv
עולה ממה שנאמר שלמגברי מכונות חשמליות יכול להיות רווח הספק גבוה מספיק (103 - 105). חשוב לא פחות למגבר הוא הביצועים שלו, המאופיינים בקבועי הזמן של המעגלים שלו.
הם שואפים להשיג רווח כוח גבוה ומהירות תגובה גבוהה ממגבר מכונה חשמלית, כלומר. קבועי הזמן הקטנים ביותר האפשריים.
במערכות בקרה אוטומטיות, מגברי מכונות חשמליות משמשים כמגברי הספק ופועלים בעיקר במצבים חולפים שבמהלכם מתרחשים עומסי זרם משמעותיים. לכן, אחת הדרישות למגבר מכונה חשמלית היא קיבולת עומס יתר טובה.
אמינות ויציבות הפעולה הן בין הדרישות החשובות ביותר למגבר מכונה חשמלית.
מגברי מכונות חשמליות המשמשות במטוסים ובמתקני תחבורה צריכים להיות קטנים וקלים ככל האפשר.
בתעשייה, הנפוצים ביותר הם מגבר מכונה עצמאי, מגבר מכונה מתרגש מעצמו, ומגבר מכונה צולב שדות בקוטר צעדים.
מקדם ההגברה של EMU עצמאי אינו עולה על 100. כדי להגדיל את מקדם ההגברה של ה-EMU, נוצרו מגברי מכונות חשמליות הנלהבות מעצמן.
EMU מבני עם עירור עצמי (EMUS) שונה מ-EMU עצמאי רק בכך שפיתול העירור העצמי ממוקם על קטבי העירור שלו בקואקסיאלי עם פיתולי הבקרה, המחוברים במקביל לליפוף האבזור או בסדרה איתה.
מגברים כאלה משמשים בעיקר להפעלת פיתול העירור של הגנרטור במערכת הגנרטור-מנוע, ובמקרה זה משך הזמן של החולף נקבע על פי קבוע הזמן של הגנרטור.
שלא כמו EMUs עצמאיים ו-EMUs מעוררים עצמיים (EMUS), שבהם שטף העירור העיקרי הוא השטף המגנטי האורך המכוון לאורך קטבי העירור, ב-EMUS של שדה רוחבי, שטף העירור העיקרי הוא השטף הרוחבי מתגובת האבזור.
המאפיין הסטטי החשוב ביותר של EMU חוצה שדה הוא גורם רווח הכוח. רווח גדול מתקבל בשל העובדה שה-Cross-field EMU הוא מגבר דו-שלבי. השלב הראשון של ההגברה: סליל הבקרה מקוצר למברשות הרוחביות.שלב שני: שרשרת קצרה של מברשות רוחביות - שרשרת פלט של מברשות אורכיות. לכן, רווח ההספק הכולל הוא kp = kp1kp2, כאשר kp1 הוא הרווח של השלב הראשון; kp2 - גורם הגברה של השלב השני.
בעת שימוש במגברים של מכונות חשמליות במערכות בקרה אוטומטיות סגורות (מייצבים, ווסתים, מערכות מעקב), יש לתת מעט פיצוי למכונה (k = 0.97 ÷ 0.99), שכן במקרה של פיצוי יתר במערכת במהלך העבודה, הפרעה שווא תתרחש. להתרחש עקב סליל הפיצוי השיורי של m.s., אשר יוביל להתרחשות של תנודות עצמיות במערכת.
רווח ההספק הכולל של השדה הרוחבי EMU הוא פרופורציונלי לחזק הרביעי של מהירות סיבוב האבזור, המוליכות המגנטית לאורך הצירים הרוחביים והאורךיים, ותלוי ביחס בין ההתנגדויות של פיתולי המכונה והעומס.
מכאן נובע שלמגבר יהיה רווח הספק גבוה יותר, מעגל מגנטי רווי פחות ומהירות סיבובו גבוהה יותר. אי אפשר להגדיל את מהירות הסיבוב יתר על המידה, כי ההשפעה של מיתוג זרמים מתחילה לעלות באופן משמעותי. לכן, עם עלייה מוגזמת במהירות עקב עלייה בזרמי המיתוג, רווח ההספק לא יגדל ואולי אף יקטן.
יישום של מגברי מכונות חשמליות
מגברי מכונות חשמליות מיוצרים בייצור המוני ונמצא בשימוש נרחב במערכות בקרה אוטומטיות ובכוננים חשמליים אוטומטיים.במערכות גנרטור-מנוע, הגנרטור, ולעתים קרובות המעורר, הם בעצם מגברי מכונות חשמליות עצמאיות המחוברות במפל. הנפוצים ביותר הם מגברים חשמליים בשדה רוחבי. למגברים אלו מספר יתרונות, העיקריים שבהם:
1) רווח כוח גבוה.
2) כוח כניסה נמוך,
3) מהירות מספקת, כלומר קבועי זמן קטנים של מעגלי המגבר. זמן עליית המתח מאפס לערך הנומינלי עבור מגברים תעשייתיים בהספק של 1-5 קילוואט הוא 0.05-0.1 שניות,
4) אמינות מספקת, עמידות וגבולות רחבים של שונות כוח,
5) אפשרות לשינוי המאפיינים על ידי שינוי דרגת הפיצוי המאפשר לקבל את המאפיינים החיצוניים הדרושים.
החסרונות של מגברי מכונות חשמליות כוללים:
1) ממדים ומשקל גדולים יחסית למחוללי DC של אותו הספק, מכיוון שמעגל מגנטי בלתי רווי משמש להשגת רווחים גדולים,
2) נוכחות של מתח שיורי כתוצאה מהיסטרזיס. EMF המושרה באבזור על ידי השטף השיורי מַגנֶטִיוּת, מעוות את התלות הליניארית של מתח המוצא באות הכניסה באזור האותות הקטנים ומפר את הייחודיות של התלות של פרמטרי המוצא של המגברים של המכונה החשמלית באות הקלט בעת שינוי הקוטביות של אות הכניסה, מכיוון ששטף של מגנטיות שיורית עם קוטביות קבועה של האות יגביר את זרימת הבקרה, וכאשר הקוטביות של האות השתנתה, הוא הפחית את זרימת הבקרה.
בנוסף, בהשפעת ה-EMF השיורי של מגבר מכונה חשמלי הפועל במצב פיצוי יתר, עם התנגדות לעומס נמוך ואות כניסה אפס, הוא יכול לעורר את עצמו ולאבד יכולת שליטה. תופעה זו מוסברת על ידי עלייה בלתי נשלטת בשטף המגנטי האורכי של המכונה, השווה בתחילה לשטף המגנטיות השיורי, עקב פעולת ההנעה של סליל המפצה.
על מנת לנטרל את ההשפעה המזיקה של זרימת מגנטיות שיורית במגבר של המכונה החשמלית, מתבצע דה-מגנטיזציה של זרם חילופין, והמגברים של המכונות החשמליות עצמן ממוקמים במערכות אוטומטיות בצורה לא מספקת.
יש לציין כי עם כניסתם של ממירי מוליכים למחצה, השימוש במגברי מכונות חשמליות במערכת ההנעה החשמלית של מגבר (גנרטור) של מכונה חשמלית - המנוע הצטמצם באופן משמעותי.
