Г) Электромашинные усилители.

В последние годы в автоматических устройствах, наряду с усилителями — электронными, тиратронными, магнитными, гидравлическими — находят себе все более широкое применение электромашинные усилители, позволяющие получить на выходе большие мощности при незначительной мощности управления.

Обыкновенный генератор с независимым возбуждением может рассматриваться как усилитель. В этом случае мы должны считать мощность, подведенную к обмотке возбуждения, за "входную" Р_вх (или мощностью управления), а мощность на зажимах якоря—за "выходную" Р_вых.

Отношение Р_вых/Р_вх = k_у называется коэффициентом усиления. Для нормальных машин небольшой мощности (0,5—30 кВт) k_у= 15-50, т. е. в таких машинах мы получаем "усиление" мощности в 15—50 раз (конечно, за счет мощности первичного двигателя, которым должен приводиться во вращение всякий электромашинный усилитель).

Можно при помощи двух генераторов независимого возбуждения получить двухступенчатый усилитель (рис. 5-75). Здесь общий коэффициент усиления будет равен произведению коэффициентов усиления отдельных машин k_y=k'_yk"_y. Он будет, следовательно, значительно больше, чем в предыдущем случае; для нормальных машин при мощности на выходе порядка 30 кВт k_у=1000-1200.

Рис. 5-75. Двухступенчатый усилитель, полученный из двух генераторов независимого возбуждения .

Рассмотренные усилители во многих случаях малопригодны для автоматических устройств. Основным их недостатком является большая "инерционность" цепей возбуждения, имеющих большие индуктивности. Следовательно, здесь мы не будем иметь быстро-отзывчивой реакции на изменение входной мощности Р_вх, что обычно требуется от усилителей. Кроме того, даже двухступенчатый усилитель, состоящий из двух обыкновенных генераторов, имеет недостаточный коэффициент усиления, особенно при малой мощности генераторов.

Отмеченные недостатки в значительно меньшей степени проявляются в электромашинном усилителе поперечногo поля, называемом сокращенно ЭМУ поперечного поля. Схема соединения его обмоток показана на рис. 5-76.

Рис. 5-76. Схема ЭМУ поперечного поля.

ЭМУ поперечного поля представляет собой коллекторную машину постоянного тока (обычно двухполюсную). Ее якорь не отличается от якоря нормальной машины, статор выполняется явно- или неявнополюсным. На коллектор накладываются две пары щеток: поперечные b—b и продольные a—a. Поперечные щетки b—b обычно замыкаются накоротко. На статоре помещаются обмотки возбуждения У₁, У₂, У₃, …, называемые обмотками управления, и компенсационная обмотка K, действующая по той же оси, что и обмотки управления, т. е. по продольной оси машины. Продольные щетки а—а являются рабочими щетками; от них берется выходная мощность, подводимая, например, к исполнительному двигателю. Работа ЭМУ поперечного поля протекает следующим образом.

Ток в обмотке У₁ (или токи обмоток У₁, У₂, У₃, …) создает продольный поток, который будет наводить в обмотке якоря при его вращения э.д.с. Ее наибольшее значение будем иметь на щетках b—b, поставленных на геометрической нейтрали; на щетках а—а она равна нулю. Так как щетки b—b замкнуты, то в обмотке якоря возникнет ток i_b, причем достаточно иметь очень небольшой продольный поток, чтобы этот ток был большим. Ток i_b, протекая по обмотке якоря, создает сильное поперечное поле, которое при вращении якоря будет наводить э.д.с. на щетках а—а. Таким образом, это поле является рабочим полем машины, что и дало повод к ее названию. Ток i_a, поступающий во внешнюю цепь, проходит и по обмотке якоря и создает н.с., действующую против н.с. обмотки У₁. Мы в этом можем убедиться, определяя при заданном направлении потока обмотки У₁ направления созданных им токов i_b и затем токов i_a, созданных поперечным потоком (отметим, что полярность щеток а—а при данном направлении продольного потока не зависит от направления вращения якоря, так как при его изменении изменится по направлению ток i_b, а следовательно, и поперечный поток).

Намагничивающая сила якоря от токов i_a должна быть, очевидно, скомпенсирована, что достигается при помощи компенсационной обмотки К, по которой проходит ток i_a (или часть этого тока). Компенсация должна быть возможно более полной, так как в противном случае работа ЭМУ не может быть точной в отношении "управления мощностью" Р_вых. Поэтому иногда требуется опытным путем устанавливать необходимый ток в обмотке К при помощи шунтирующего ее реостата R. Здесь приходится считаться с действием продольной н.с. коммутируемых щетками b—b секций, созданной протекающими по ним добавочными токами при замедленной коммутации. В нормальных машинах мы этой н.с. обычно пренебрегаем, так как она мала по сравнению с н.с. обмотки возбуждения. В ЭМУ она может быть соизмерима с н.с. обмотки У₁ и, следовательно, должна учитываться.

В ЭМУ поперечного поля получается двухступенчатое усиление мощности, причем здесь коэффициент усиления k_у может иметь очень высокие значения. Однако на практике он не превышает 10000.

Весьма ценным свойством ЭМУ поперечного поля является его малая "инерционность" и, следовательно, быстроотзывчивая реакция на изменение мощности, поступающей в обмотки управления. Эти обмотки имеют малые индуктивности в соответствии с малым потоком, создаваемым ими, и относительно большие омические сопротивления. Индуктивность обмотки якоря также относительно невелика.

В настоящее время ЭМУ поперечного поля изготовляются на мощности от десятых долей киловатта до нескольких десятков киловатт. Область их применения весьма обширна. Они применяются там, где необходимо управлять большими мощностями путем изменения малой мощности: например, для питания относительно мощных исполнительных двигателей. Большое распространение они получили в качестве вспомогательных машин для различных электроприводов, где позволяют получать автоматически наиболее благоприятные характеристики приводного двигателя.