Простейшим ЭМУ является генератор постоянного тока с независимым возбуждением, у которого мощность управляющего сигнала в цепи возбуждения Ру=IуUу значительно меньше мощности выходного сигнала на нагрузку Рн=IнUн. Отношение мощности выходного сигнала к мощности управляющего сигнала называется коэффициентом усиления ЭМУ по мощности kу=Pн/Pу. Коэффициент усиления у простейшего ЭМУ небольшой (80—100), поэтому широкого применения такие ЭМУ не нашли. Наибольшее применение получили многоступенчатые ЭМУ, коэффициенты усиления которых достигают 10—12 тыс.
В системах автоматического регулирования широко применяют ЭМУ с поперечным полем (амплидины), представляющие собой двух- или четырехполюсные генераторы постоянного тока со специальной конструкцией статора. На полюсах ЭМУ расположено несколько обмоток управления (ОУ).
При подаче питания на ОУ (рис. 1,а) по ней течет ток Iу, который создает двухполюсный магнитный поток Фу. При вращении якоря в этом потоке в проводниках якоря наводится э. д. с. Еа, направление которой на рисунке указано точками в верхней параллельной ветви якоря и крестиками — в нижней. Так как ток Iу мал, то и э. д. с. Еа мала.
Для снятия наибольшего значения э. д. с. щетки устанавливают по поперечной оси аа и замыкают накоротко, благодаря чему в обмотке якоря течет значительный ток Iа, совпадающий по направлению с э. д. с. Еа. Этот ток создает значительный поток Фа, направленный по геометрической нейтрали, т. е. по поперечной оси аа (отсюда понятен термин «ЭМУ с поперечным полем»). Под действием потока Фа в той же обмотке якоря наводится значительная э. д. с. Еb, направление которой на рис. 1,а указано точками в правой параллельной ветви якоря и крестиками — в левой.
Для снятия наибольшего значения этой э. д. с. вторую пару щеток устанавливают по продольной оси bb. При замыкании щеток bb на нагрузку по цепи течет ток Ib. Под действием этого тока создается поток Фb, направленный навстречу потоку управления Фу. Так как поток Фb велик, то он полностью уничтожает действие потока Фу, и усилитель работать не будет.
Рис. 1. ЭМУ с поперечным полем
Для нормальной работы усилителя на статоре расположена компенсационная обмотка ОК, которая включается последовательно в цепь якоря (рис. 1,б). Поток компенсационной обмотки Фк направлен встречно потоку Фb. Для полной компенсации необходимо, чтобы Фк = Фb.
Недокомпенсация или перекомпенсация оказывает значительное влияние на работу электромашинного усилителя. Для настройки компенсации параллельно компенсационной обмотке включен шунтирующий резистор R1.
Рабочие свойства ЭМУ
Рабочие свойства ЭМУ определяются его внешней характеристикой, представляющей собой зависимость напряжения выхода Uв от тока нагрузки Iн при постоянстве частоты вращения и тока управления (рис. 2). При значительной перекомпенсации работа усилителя неустойчива, так как возникает опасность лавинообразного увеличения тока нагрузки и выхода из строя ЭМУ. Обычно ЭМУ настраивают на небольшую недокомпенсацию.
Рис.2. Внешние характеристики ЭМУ: 1 - нормальная компенсация; 2 - перекомпенсация; 3 - недокомпенсация
ЭМУ имеет две ступени усиления мощности. Первая ступень — обмотка управления ОУ и щетки аа, вторая — щетки аа и bb. В схеме ЭМУ щетки расположены условно.
Достоинства и недостатки ЭМУ
Достоинством ЭМУ является возможность управления значительными мощностями при небольшой мощности управляющего сигнала. Недостатками ЭМУ по сравнению с магнитными усилителями являются меньшая надежность, большие масса и габарит, сложность в эксплуатации.
Современные электромашинные усилители с поперечным полем имеют до четырех обмоток управления, что позволяет изменять напряжение на выходе усилителя в зависимости от изменения четырех параметров регулирования.
