เครื่องขยายเสียงระบบเครื่องกลไฟฟ้า

เครื่องขยายเสียงเป็นอุปกรณ์ที่สัญญาณพลังงานต่ำ (ปริมาณอินพุต) ควบคุมพลังงานที่ค่อนข้างสูง (ปริมาณเอาต์พุต) ในกรณีนี้ ค่าเอาท์พุตเป็นฟังก์ชันของสัญญาณอินพุต และค่าเกนเกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานจากแหล่งภายนอก

เครื่องขยายสัญญาณ V ของเครื่องจักรไฟฟ้า กำลังไฟฟ้าเอาต์พุต (ควบคุม) ถูกสร้างขึ้นจากกำลังเชิงกลของมอเตอร์ขับเคลื่อน

เครื่องขยายระบบเครื่องกลไฟฟ้า (EMU) เป็นเครื่องสะสมไฟฟ้ากระแสตรง

แอมพลิฟายเออร์ของเครื่องจักรไฟฟ้าแบ่งออกเป็นแอมพลิฟายเออร์ฟิลด์ตามยาวและแอมพลิฟายเออร์ฟิลด์ตามขวางทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวิธีการกระตุ้น

แอมพลิฟายเออร์ภาคสนามตามยาว ซึ่งฟลักซ์กระตุ้นหลักถูกกำกับไปตามแกนตามยาวของเครื่อง รวมถึง:

1) เครื่องขยายเสียงเครื่องไฟฟ้าอิสระ

2) เครื่องขยายเสียงเครื่องไฟฟ้าที่ตื่นเต้นในตัวเอง

3) เครื่องขยายเสียงสองเครื่อง

4) เครื่องขยายเสียงเครื่องไฟฟ้าแบบสะสมสองตัว

5) เครื่องขยายสัญญาณไฟฟ้าแบบสองและสามขั้นตอนของสนามตามยาว

แอมพลิฟายเออร์ฟิลด์ตามขวางซึ่งฟลักซ์กระตุ้นหลักถูกนำไปตามแกนขวางของเครื่อง ได้แก่ :

1) แอมพลิฟายเออร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าที่มีระยะพิทช์ของขดลวดกระดอง

2) แอมพลิฟายเออร์เครื่องไฟฟ้าสนามกระดองครึ่งเส้นผ่านศูนย์กลาง

3) เครื่องขยายเสียงระบบเครื่องกลไฟฟ้าพร้อมระบบแม่เหล็กแยก

ยิ่งกำลังควบคุมของเครื่องขยายเสียงเครื่องไฟฟ้าต่ำเท่าใด น้ำหนักและขนาดของอุปกรณ์ควบคุมก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ดังนั้นลักษณะสำคัญคือผลกำไร แยกความแตกต่างระหว่างกำลังไฟฟ้า กระแสไฟ และแรงดันไฟ

kp กำลังขยายของแอมพลิฟายเออร์คืออัตราส่วนของกำลังเอาต์พุต Pout ต่อพินกำลังอินพุตในการทำงานในสภาวะคงที่:

kp = พุทพุท / Pvx

การเพิ่มแรงดันไฟฟ้า:

kti = ยูเอาท์ / ยูอิน

โดยที่ Uout คือแรงดันวงจรเอาต์พุต - แรงดันวงจรอินพุต

อัตราขยายปัจจุบัน ki อัตราส่วนของกระแสของวงจรเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์เอาต์พุต Az ต่อกระแสของวงจรอินพุต Azv:

ki = ฉันอยู่ข้างนอก / Azv

จากที่เคยกล่าวไว้ว่าเครื่องขยายสัญญาณไฟฟ้าสามารถมีกำลังขยายสูงเพียงพอ (103 — 105) สิ่งที่สำคัญพอๆ กันสำหรับแอมพลิฟายเออร์คือประสิทธิภาพของมัน ซึ่งโดดเด่นด้วยค่าคงที่ของเวลาของวงจร

พวกเขามีเป้าหมายเพื่อให้ได้พลังงานสูงและความเร็วในการตอบสนองสูงจากเครื่องขยายสัญญาณไฟฟ้า เช่น ค่าคงที่เวลาที่น้อยที่สุดที่เป็นไปได้

ในระบบควบคุมอัตโนมัติ แอมพลิฟายเออร์ของเครื่องจักรไฟฟ้าถูกใช้เป็นแอมพลิฟายเออร์และทำงานเป็นหลักในโหมดทรานเซียนต์ในระหว่างที่กระแสไฟเกินเกิดขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้น หนึ่งในข้อกำหนดสำหรับเครื่องขยายสัญญาณไฟฟ้าคือความสามารถในการโอเวอร์โหลดที่ดี

ความน่าเชื่อถือและความเสถียรของการทำงานเป็นหนึ่งในข้อกำหนดที่สำคัญที่สุดสำหรับเครื่องขยายสัญญาณไฟฟ้า

เครื่องขยายสัญญาณไฟฟ้าที่ใช้ในเครื่องบินและการขนส่งควรมีขนาดเล็กและเบาที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

ในอุตสาหกรรม แอมพลิฟายเออร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือแอมพลิฟายเออร์ของเครื่องจักรอิสระ แอมพลิฟายเออร์ของเครื่องจักรที่ตื่นเต้นในตัวเอง และแอมพลิฟายเออร์ของเครื่องจักรครอสฟิลด์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสเต็ป

ปัจจัยการขยายกำลังของ EMU อิสระต้องไม่เกิน 100 เพื่อเพิ่มปัจจัยการขยายกำลังของ EMU จึงมีการสร้างเครื่องขยายสัญญาณไฟฟ้าที่ตื่นเต้นในตัวเอง

EMU โครงสร้างที่มีการกระตุ้นตัวเอง (EMUS) แตกต่างจาก EMU อิสระเฉพาะตรงที่มีการพันขดลวดกระตุ้นตัวเองไว้บนขั้วกระตุ้นร่วมกับขดลวดควบคุม ซึ่งต่อขนานกับขดลวดกระดองหรือต่ออนุกรมกับมัน

แอมพลิฟายเออร์ดังกล่าวส่วนใหญ่จะใช้เพื่อจ่ายไฟให้กับขดลวดกระตุ้นของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในระบบมอเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และในกรณีนี้ ระยะเวลาของชั่วคราวจะถูกกำหนดโดยค่าคงที่เวลาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ซึ่งแตกต่างจาก EMU อิสระและ EMU ที่ตื่นเต้นในตัวเอง (EMUS) โดยที่ฟลักซ์กระตุ้นหลักคือฟลักซ์แม่เหล็กตามยาวที่พุ่งไปตามขั้วกระตุ้น ใน EMU ในสนามแนวขวาง ฟลักซ์กระตุ้นหลักคือฟลักซ์ตามขวางจากปฏิกิริยากระดอง

คุณลักษณะคงที่ที่สำคัญที่สุดของ EMU แบบข้ามฟิลด์คือปัจจัยการเพิ่มพลังงาน ได้รับกำไรมากเนื่องจาก EMU แบบข้ามสนามเป็นแอมพลิฟายเออร์แบบสองขั้นตอน ขั้นตอนแรกของการขยายสัญญาณ: ขดลวดควบคุมลัดวงจรไปยังแปรงขวางขั้นตอนที่สอง: โซ่ลัดวงจรของแปรงขวาง - โซ่ขาออกของแปรงตามยาว ดังนั้น กำลังที่เพิ่มขึ้นทั้งหมดคือ kp = kp1kp2 โดยที่ kp1 คืออัตราขยายของสเตจที่ 1 kp2 — ปัจจัยการขยายของระยะที่ 2

เมื่อใช้แอมพลิฟายเออร์ของเครื่องจักรไฟฟ้าในระบบควบคุมอัตโนมัติแบบปิด (ตัวปรับเสถียรภาพ ตัวควบคุม ระบบติดตาม) เครื่องควรได้รับการชดเชยต่ำเกินไปเล็กน้อย (k = 0.97 ÷ 0.99) เนื่องจากในกรณีที่ระบบมีการชดเชยมากเกินไปในระหว่างที่ทำงาน การรบกวนที่ผิดพลาดจะ เกิดขึ้นเนื่องจากขดลวดชดเชย m.s. ที่เหลืออยู่ ซึ่งจะนำไปสู่การเกิด self-oscillation ในระบบ

กำลังที่เพิ่มขึ้นโดยรวมของ EMU ของสนามตามขวางนั้นแปรผันตามกำลังที่สี่ของความเร็วในการหมุนของกระดอง การนำแม่เหล็กตามแกนตามขวางและตามยาว และขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของความต้านทานของขดลวดของเครื่องจักรและโหลด

ผลที่ตามมาคือแอมพลิฟายเออร์จะได้รับพลังงานที่สูงขึ้น วงจรแม่เหล็กที่อิ่มตัวน้อยลง และความเร็วในการหมุนที่สูงขึ้น เป็นไปไม่ได้ที่จะเพิ่มความเร็วในการหมุนมากเกินไปเนื่องจากผลกระทบของกระแสสลับเริ่มเพิ่มขึ้นอย่างมาก ดังนั้นด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นมากเกินไปเนื่องจากกระแสสลับที่เพิ่มขึ้น พลังงานที่ได้รับจะไม่เพิ่มขึ้นและอาจลดลงด้วยซ้ำ

การประยุกต์ใช้เครื่องขยายเสียงเครื่องไฟฟ้า

เครื่องขยายสัญญาณไฟฟ้าผลิตจำนวนมากและใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบควบคุมอัตโนมัติและไดรฟ์ไฟฟ้าอัตโนมัติในระบบเจนเนอเรเตอร์-มอเตอร์ เจนเนอเรเตอร์และมักเป็นตัวกระตุ้น คือแอมพลิฟายเออร์ของเครื่องจักรไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกันแบบคาสเคดโดยพื้นฐานแล้ว ที่พบมากที่สุดคือเครื่องขยายสัญญาณไฟฟ้าสนามตามขวาง แอมพลิฟายเออร์เหล่านี้มีข้อดีหลายประการ หลักๆ คือ:

1) กำลังขยายสูง

2) กำลังไฟฟ้าเข้าต่ำ

3) ความเร็วเพียงพอ นั่นคือ ค่าคงที่เวลาเล็กน้อยของวงจรเครื่องขยายเสียง เวลาที่เพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าจากศูนย์ถึงค่าเล็กน้อยสำหรับเครื่องขยายเสียงอุตสาหกรรมที่มีกำลัง 1-5 กิโลวัตต์คือ 0.05-0.1 วินาที

4) ความน่าเชื่อถือที่เพียงพอ ความทนทาน และขีดจำกัดการแปรผันกำลังที่กว้าง

5) ความเป็นไปได้ของการเปลี่ยนแปลงคุณลักษณะโดยการเปลี่ยนระดับการชดเชยซึ่งทำให้สามารถรับคุณลักษณะภายนอกที่จำเป็นได้

ข้อเสียของเครื่องขยายเสียงเครื่องไฟฟ้า ได้แก่ :

1) ขนาดและน้ำหนักที่ค่อนข้างใหญ่เมื่อเทียบกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงที่มีกำลังเท่ากัน เนื่องจากมีการใช้วงจรแม่เหล็กที่ไม่อิ่มตัวเพื่อให้ได้กำไรมาก

2) การปรากฏตัวของความเครียดตกค้างเนื่องจากฮิสเทรีซิส EMF เหนี่ยวนำให้เกิดในกระดองโดยฟลักซ์ที่เหลือ อำนาจแม่เหล็ก, บิดเบือนการพึ่งพาเชิงเส้นของแรงดันเอาต์พุตบนสัญญาณอินพุตในพื้นที่ของสัญญาณขนาดเล็กและละเมิดเอกลักษณ์ของการพึ่งพาพารามิเตอร์เอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ของเครื่องไฟฟ้าบนอินพุตเมื่อเปลี่ยนขั้วของสัญญาณอินพุต เนื่องจากฟลักซ์ของแม่เหล็กตกค้างที่มีขั้วคงที่ของสัญญาณจะเพิ่มการไหลของการควบคุม และเมื่อขั้วของสัญญาณเปลี่ยนไป มันจะลดการไหลของการควบคุม

นอกจากนี้ ภายใต้อิทธิพลของ EMF ที่เหลือของแอมพลิฟายเออร์ของเครื่องจักรไฟฟ้าที่ทำงานในโหมดการชดเชยมากเกินไป โดยมีความต้านทานโหลดต่ำและสัญญาณอินพุตเป็นศูนย์ มันสามารถกระตุ้นตัวเองและสูญเสียความสามารถในการควบคุม ปรากฏการณ์นี้อธิบายได้จากการเพิ่มขึ้นของฟลักซ์แม่เหล็กตามยาวของเครื่องที่ไม่สามารถควบคุมได้ เริ่มแรกจะเท่ากับฟลักซ์แม่เหล็กตกค้าง เนื่องจากแรงขับของขดลวดชดเชย

เพื่อต่อต้านผลกระทบที่เป็นอันตรายของการไหลของแม่เหล็กที่ตกค้างในแอมพลิฟายเออร์ของเครื่องใช้ไฟฟ้า กระแสสลับจะดำเนินการ และแอมพลิฟายเออร์ของเครื่องใช้ไฟฟ้านั้นค่อนข้างไม่เพียงพอในระบบอัตโนมัติ

ควรสังเกตว่าด้วยการเปิดตัวเซมิคอนดักเตอร์คอนเวอร์เตอร์ การใช้แอมพลิฟายเออร์ของเครื่องจักรไฟฟ้าในระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าของแอมพลิฟายเออร์ (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) ของเครื่องจักรไฟฟ้า - เครื่องยนต์ลดลงอย่างมาก