Статические и динамические характеристики электромашинного усилителя поперечного поля

 

Важнейшим показателем ЭМУ поперечного поля является коэффициент усиления по мощности. Высокое значение этого коэффициента обусловлено тем, что ЭМУ поперечного поля является двухступенчатым. Первая ступень усиления — обмотка управления — короткозамкнутая цепь поперечных щеток. Вторая ступень усиления — короткозамкнутая цепь поперечных щеток — выходная цепь продольных щеток. Общий коэффициент усиления по мощности

 

 

где k_P1 — коэффициент усиления первой ступени; k_p2 — коэффициент усиления второй ступени. Причем

 

 

Подставляя значения коэффициентов усиления ступеней в формулу для вычисления общего коэффициента усиления по мощности, получим

 

 

где R_y — сопротивление обмотки управления.

Коэффициенты усиления по мощности каждой ступени можно записать через основные параметры машины и нагрузки. Для этого токи в продольной и поперечной цепях якоря следует выразить в соответствии с законом Ома через ЭДС якоря и сопротивления, ЭДС якоря — через угловую скорость якоря и магнитный поток, а последний — через ток и индуктивность обмоток, создающих этот поток.

При полной компенсации ЭМУ (k_k = 1) формула результирующего коэффициента усиления по мощности, полученная в результате указанного преобразования, примет вид

 

 

где c — конструктивный коэффициент; Δ _d, Δ _q — магнитные проводимости соответственно по продольной и поперечной осям машины; R ₂, R ₃ — активные сопротивления соответственно поперечной и продольной цепей ЭМУ; ω — угловая скорость якоря; τ_у = L_y/R_y — постоянная времени обмотки управления; τ₂ = L₂/R₂ — постоянная времени поперечной цепи; L_y, L₂ — соответственно индуктивности обмоток управления и поперечной цепи ЭМУ.

 

 

Из приведенной формулы видно, что коэффициент усиления по мощности тем больше, чем меньше воздушный зазор и насыщение магнитной цепи (больше Δ _d и Δ _q) и выше угловая скорость. В то же время чрезмерно увеличивать угловую скорость нельзя, так как могут ухудшиться условия коммутации под продольными и поперечными щетками и условия механической прочности машины.

Коэффициент усиления k_Р прямо пропорционален постоянным времени обмоток управления и поперечной цепи, т. е. требования максимального усиления и максимального быстродействия взаимно противоречивы.

Коэффициент усиления по мощности существенно зависит от сопротивления нагрузки и степени компенсации ЭМУ (рис. 10.16). При полной компенсации k_k = 1 коэффициент усиления по мощности достигает максимального значения при соблюдении условия R₃ = R_H, т. е общего условия для работы генератора на пассивную нагрузку. В случае перекомпенсации k_k > 1 за счет подмагничивающего действия разностной МДС компенсационной обмотки и продольной цепи якоря коэффициент усиления по мощности больше и его максимум наступает при меньшем сопротивлении нагрузки, чем при k_k = 1. При недокомпенсации k_k < 1, соответственно, все наоборот.

Основными статическими характеристиками ЭМУ поперечного поля являются внешние и регулировочные.

Внешние характеристики — это зависимость U ₃= f (I ₃) при постоянных угловой скорости приводного двигателя со = const и сигнале на обмотке управления. Вид внешних характеристик непосредственно связан с зависимостью тока в поперечной цепи I ₃ от выходного тока, проходящего через нагрузку (рис. 10.17). Характеристики построены для всех трех случаев компенсации: полной (k_k= 1), перекомпенсации (k_k > 1) и недокомпенсации (k_k < 1).

 

 

При полной компенсации выходное напряжение на сопротивлении нагрузки

 

 

где Е₃ — ЭДС холостого хода.

Регулировочные характеристики — это зависимости выходного напряжения или выходного тока от тока управления при ω = const и R_H = const (рис. 10.18). Вид этих характеристик определяется формой кривой намагничивания машины. При малых токах управления нелинейность характеристики, т. е. погрешность ЭМУ, и соответственно непостоянство коэффициента усиления объясняются наличием остаточной ЭДС. В области больших токов управления эти явления связаны с насыщением магнитной цепи.

При использовании ЭМУ в замкнутых системах автоматического регулирования (стабилизаторах, регуляторах, следящих системах) машина должна быть несколько недокомпенсирована (k_k= 0,97...0,99), так как в случае перекомпенсации в системе во время работы может возникнуть возмущение за счет избытка МДС компенсационной обмотки, которое приведет к возникновению автоколебаний системы.