Вспомогательные элементы средств автоматизации Усилительные устройства

Усилительные устройства – это такие преобразовательные устройства, которые позволяют малым на входе сигналом управлять значительным сигналом по мощности на их выходе.

Электрические усилители предназначены как для управления электродвигателями, так и для увеличения коэффициента усиления (преобразования) в замкнутых системах управления в целях улучшения их качественных показателей.

Данные устройства подразделяются на три группы: электромашинные, магнитные и электронные.

Основные требования к усилительным устройствам:

– высокий коэффициент усиления;

– плавность изменения выходной величины;

– отсутствие гистерезисных явлений;

– малая инерционность;

– бесконтактность;

– высокая надежность и долговечность;

– стабильность характеристик (статических, динамических) при изменении напряжения, частоты, температуры;

– малая металлоемкость;

– простота конструкции.

Электромашинные усилители

Данные устройства относятся к вращающимся усилителям, представляющим собой электрические генераторы постоянного тока. Они подразделяются - на обычные электромашинные (генераторы постоянного тока) и специальные электромашинные с поперечным полем (ЭМУ). Первые не используются из-за низкого коэффициента усиления. Нашли применение устройства поперечного поля.

У них на коллекторе имеются две пары щеток, которые замкнуты накоротко. В индукторе ЭМУ имеются 2 или 4 обмотки управления. Если через обмотку управления ОУ1 пропустить ток, то намагничивающая сила от магнитного потока Ф1 при вращении машины с постоянной скоростью будет наводить ЭДС на щетках 1-1. Т.к. они замкнуты накоротко, то в якоре потечет ток силой I₂, который в свою очередь создает намагничивающую силу и поток Ф2. Поскольку сопротивление обмотки 1-1 мало то уже малый Ф1 вызовет возникновение большого магнитного потока Ф2. Этот поток является неподвижным в пространстве, в нем вращается якорь ЭМУ, создавая ЭДС на щетках 2-2. При подключении к щеткам нагрузки по внешней цепи потечет ток силой I₃, создающий поток Ф3, направление которого противоположно потоку Ф1. Для того чтобы, при увеличении магнитного потока Ф3, приводящего к увеличению потока Ф2, машина не стала неуправляемой, действие первого компенсируется. Это достигается введением компенсационной обмотки (КО), обтекаемой током силой I₃.

ЭМУ имеет две ступени усиления. Коэффициент усиления по мощности первого 40-200, второго 50-200

Достоинства:

- большой коэффициент усиления по мощности (до 10⁴);

- значительная выходная мощность (до 10 кВт);

Недостатки:

- наличие щёточных контактов;

- нелинейность статических характеристик;

- наличие гистерезиса выходной величины;

- ограниченный срок службы (из вращающихся частей);

- инерционность;

- низкий КПД.

Электронные усилители

Электронные – электронно-ионные и полупроводниковые. Первые практически перестали использовать из-за крупных габаритов и хрупкости элементов. В настоящий момент применяются в основном усилители, выполненные на полупроводниковых элементах (вентильные): управляемые и неуправляемые.

Устройства управляемые (транзисторы, тиристоры) служат для управления напряжением или мощностью на выходе, или функционируют в режиме ключей. Т.е. они могут работать в непрерывном, либо в дискретном режимах.

Чаще всего используются для изменения частоты вращения двигателей, а также в качестве промежуточных усилителей, средств осуществления обратной связи, пускорегулирующих элементов. Широко применяются в электрических регуляторах.

Достоинства:

- высокий коэффициент усиления (до 10⁶);

- быстродействие;

- малые габариты и вес;

- большой срок службы;

- возможность управления напряжением и мощностью в широких пределах;

- высокий КПД;

- суммирование большого числа сигналов.

Недостатки:

- разброс выходных характеристик;

- трудность настройки.