Усилителем именуют такое устройство, в каком средством сигнала малой мощности (входная величина) управляют сравнимо большой мощностью (выходная величина). При всем этом выходная величина является функцией входного сигнала и усиление происходит за счет энергии наружного источника.

В электромашинных усилителях выходная (управляемая) электронная мощность создается за счет механической мощности приводного мотора.

Электромашинные усилители (ЭМУ) представляют собой коллекторную машину неизменного тока.

Зависимо от метода возбуждения электромашинные усилители разделяются на усилители продольного поля и усилители поперечного поля.

К усилителям продольного поля, в каких основной поток возбуждения ориентирован по продольной оси машины, относятся:

1) независящий электромашинный усилитель,

2) Электромашинный усилитель с самовозбуждением,

3) двухмашинные усилители,

4) двухколлекторный электромашинный усилитель,

5)двух- и трехступенчатые электромашинные усилители продольного поля

К усилителям поперечного поля, в каких основной поток возбуждения ориентирован по поперечной оси машины, относятся:

1 ) Электромашинные усилители с диаметральным шагом обмотки якоря,

2) Электромашинные усилители с полудиаметральным шагом обмотки якоря,

3) Электромашинные усилители с разбитой магнитной системой.

Чем меньше мощность управления электромашинного усилителя, тем меньше вес и габариты аппаратуры управления. Потому основной чертой является коэффициент усиления. Различают коэффициенты усиления по мощности, току и напряжению.

Коэффициент усиления электромашинного усилителя по мощности kp есть отношение мощности на выходе Рвых к мощности на входе Рвх при установившемся режиме работы:

kp = Pвых / Рвх

Коэффициент усиления по напряжению:

ku = Uвых / Uвх

где Uвых — напряжение выходной цепи; — напряжение входной цепи.

Коэффициент усиления по току ki — это отношение тока выходной цепи Iвых усилителя к току входной цепи Iвх:

ki = Iвых / Iвх

Из произнесенного следует, что электромашинные усилители могут иметь довольно высочайший коэффициент усиления по мощности (10³ — 10⁵). Более принципиальным для усилителя является его быстродействие, характеризуемое неизменными времени его цепей.

От электромашинного усилителя стремятся получить большой коэффициент усиления по мощности и огромное быстродействие, т. е. по способности наименьшие неизменные времени.

В системах автоматического регулирования электромашинные усилители используются в качестве усилителей мощности и работают в главном при переходных режимах, в процессе которых появляются значимые перегрузки по току. Потому одним из требований к электромашинному усилителю является отменная перегрузочная способность.

К числу важных требований, предъявляемых к электромашинному усилителю, относятся надежность в работе и стабильность черт.

Электромашинные усилители, применяемые на самолетах и транспортных установках, должны владеть наименьшими габаритами и весом.

В индустрии наибольшее распространение получили независящий электромашинный усилитель, электромашинный усилитель с самовозбуждением и электромашинный усилитель поперечного поля с диаметральным шагом.

Коэффициент усиления по мощности независящего ЭМУ не превосходит 100. С целью увеличения коэффициента усиления по мощности ЭМУ были сделаны электромашинные усилители с самовозбуждением.

Конструктивно ЭМУ с самовозбуждением (ЭМУС) отличается от независящего ЭМУ только тем, что на его полюсах возбуждения соосно с обмотками управления располагается обмотка самовозбуждения, включаемая параллельно обмотке якоря либо поочередно с ней.

Τаκие усилители используются приемущественно для питания обмотки возбуждения генератора в системе генератор—движок и в данном случае продолжительность переходного процесса определяется неизменной времени генератора.

В отличие от независящего ЭМУ и ЭМУ с самовозбуждением (ЭМУС), в каких главным потоком возбуждения является продольный магнитный поток, направленный повдоль полюсов возбуждения, в ЭМУ поперечного поля главным потоком возбуждения является поперечный поток реакции якоря.

Важной статической чертой ЭМУ поперечного поля является коэффициент усиления по мощности. Высочайший коэффициент усиления по мощности выходит за счет того, что ЭМУ поперечного поля является двухступенчатым усилителем. 1-ая ступень усиления: обмотка управления — короткозамкнутая цепь поперечных щеток. 2-ая ступень: короткозамкнутая цепь поперечных щеток — выходная цепь продольных щеток. Потому общий коэффициент усиления по мощности kp = kp1kp2, где kp1—коэффициент усиления 1-й ступени; kp2— коэффициент усиления 2-й ступени.

При использовании электромашинных усилителей в замкнутых системах автоматического регулирования (стабилизаторы, регуляторы, следящие системы) машина должна быть несколько недокомпенсирована (к=0,97÷0,99), потому что в случае перекомпенсации в системе во время работы возникнет неверное возмущение за счет остатка м. д. с. компенсационной обмотки, которое приведет к появлению автоколебаний системы.

Общий коэффициент усиления по мощности ЭМУ поперечного поля пропорционален четвертой степени скорости вращения якоря, магнитным проводимостям по поперечной и продольной осям и находится в зависимости от соотношения сопротивлений обмоток машины и нагрузки.

Отсюда следует, что усилитель будет иметь тем больший коэффициент усиления по мощности, чем меньше будет насыщена его магнитная цепь и чем выше будет скорость его вращения. Чрезвычайно наращивать скорость вращения нельзя, потому что начинает очень возрастать действие коммутационных токов. Потому при лишнем увеличении скорости за счет увеличения коммутационных токов коэффициент усиления по мощности расти не будет, а может даже понижаться.

Применение электромашинных усилителей

Электромашинные усилители выпускаются серийно и отыскали обширное применение в системах автоматического регулирования и автоматического электропривода. В системах генератор — движок генератор, а нередко к тому же возбудитель, по существу представяют собой независящие электромашинные усилители, соединенные и каскад. Наибольшее распространение получили электромашинные усилители поперечного поля. Эти усилители владеют рядом плюсов, главными из которых являются:

1) большой коэффициент усиления по мощности,.

2) малая входная мощность,

3) достаточное быстродействие, т. е. малые неизменные времени цепей усилителя. Время нарастания напряжения от нуля до номинального значения для промышленных усилителей мощностью 1-5 кВт составляет 0,05—0,1 сек,

4) достаточные надежность, долговечность и широкие пределы конфигурации мощности,

5) возможность конфигурации черт за счет конфигурации степени компенсации, позволяющая получать нужные наружные свойства.

К числу недочетов электромашинных усилителей следует отнести:

1) относительно огромные габариты и вес по сопоставлению с генераторами неизменного тока той же мощности, потому что для получения огромных коэффициентов усиления применяется ненасыщенная магнитная цепь,

2) наличие остаточного напряжения за счет гистерезиса. ЭДС, наводимая в якоре потоком остаточного магнетизма, искажает линейную зависимость выходного напряжения от входного сигнала в зоне малых сигналов и нарушает однозначность зависимости выходных характеристик электромашинных усилителей от входных при изменении полярности входного сигнала, ибо поток остаточного магнетизма при неизменной полярности сигнала будет наращивать поток управления, а при изменении полярности сигнала — уменьшать поток управления.

Не считая того, под действием остаточной ЭДС электромашинного усилителя, работающего в режиме перекомпенсации, при малом сопротивлении нагрузки и нулевом входном сигнале может самовозбуждаться и терять маневренность. Это явление разъясняется неуправляемым повышением продольного магнитного потока машины, сначало равного сгустку остаточного магнетизма, за счет подмагничивающего деяния компенсационной обмотки.

Для нейтрализации вредного деяния потока остаточного магнетизма в электромашинном усилителе производят размагничивание переменным током, а сами электромашинные усилители ставят в автоматические системы несколько недокомпенсированными.

Необходимо подчеркнуть, что с внедрением полупроводниковых преобразователей применение электромашинных усилителей в системе электропривода электромашинный усилитель (генератор) — движок существенно сокращается.