Электромашинный усилитель ЭМУ (рис. 4-1) представляет собой генератор постоянного тока специальной конструкции с весьма малой мощностью возбуждения, составляющей всего порядка 0,01% по отношению к мощности машины.
Значительный коэффициент усиления ЭМУ по мощности (до 10 000) достигается использованием реакции поперечного поля якоря для возбуждения э. д. с. в основном контуре, т. е. между щетками Я1—Я2. Малая мощность возбуждения позволяет вводить большие форсировки управления и сокращать до сотых долей секунды время переходных процессов в ЭМУ. Получение желаемых рабочих характеристик электропривода облегчается возможностью широкой регулировки наклона внешних характеристик.
Рис. 4-1. Схема обмоток и магнитных потоков электромашинного усилителя.
Магнитные потоки: Фв — обмоток управления ОУ; Фд — добавочных полюсов ДП; Фк — компенсационной обмотки КО; Фс — последовательной обмотки СО.
В переходном режиме форсирование, т. е. мгновенное повышение напряжения на якоре до 1,75 номинального и 5-минутное повышение напряжения до 1,3 номинального при номинальном токе якоря допускают ЭМУ всех мощностей. При номинальном напряжении ЭМУ допускают двукратную перегрузку якоря по току в течение 3 сек и мгновенную четырехкратную перегрузку при половинном номинальном напряжении. Обмотки возбуждения, действующие обычно навстречу друг другу, рассчитаны на длительное прохождение токов управления, в 5—10 раз превышающих номинальные токи.
Каждый электромашинный усилитель перед настройкой системы управления электроприводом должен пройти индивидуальную наладку по следующей программе:
- очистка и продувка машины, проверка свободного хода;
- проверка изоляции всех обмоток по отношению к корпусу машины и между собой;
- измерение сопротивлений постоянному току обмоток управления, якоря, компенсационной обмотки и шунтирующего сопротивления (на рис. 4-1 не показано);
- определение полярности выводов обмоток;
- проверка направления вращения и притирка щеток;
- установка щеток на электрическую нейтраль;
- снятие характеристики намагничивания и контроль соотношения числа витков обмоток управления;
- снятие внешних характеристик и настройка компенсации;
- снятие нагрузочной характеристики.
Рис 4-2. Схема для проверки установки щеток ЭМУ.
Наладочные операции, указанные в первых трех пунктах программы, проводятся так же, как при наладке машин постоянного тока.
Определение полярности выводов обмоток.
Предварительно проверяют целость обмоток, а затем индуктивным методом определяется полярность выводов на зажимах.
К началу одной из обмоток управления подается напряжение от зажима «плюс» аккумулятора или сухого элемента; зажим «минус» подключен к концу обмотки. В этот момент стрелка милливольтметра, подключенного к любой иной обмотке (зажимом ( + ) к началу и зажимом (—) к концу) должна отклониться вправо. Таким же способом может быть проверена полярность щеток поперечной оси по отношению к обмоткам управления. Щетки при этом должны быть разомкнуты.
В усилителях типа АГ-3, помимо проверки полярности обмоток, таким же методом проверяется полярность выводов последовательной обмотки C1—С2 (вывод С1 должен быть началом обмотки).
Проверка направления вращения и притирка щеток.
Проверяется правильность направления вращения приводного двигателя и производится притирка щеток ЭМУ. Для этого машина вращается на холостом ходу в течение 5—10 ч. Ускорить притирку щеток и улучшить ее качество можно, подключив к якорю малое нагрузочное сопротивление и возбудив ЭМУ от аккумулятора в такой степени, чтобы ток достиг 30—40% номинального.
Однако притирка щеток под нагрузкой грозит самовозбуждением, вызывающим недопустимое возрастание тока, и может выполняться только при наличии достаточного опыта с обязательной установкой в якорной цепи предохранителя (или автомата), рассчитанного на отключение номинального тока якоря.
Рис. 4-3. Схема для проверки установки щеток АГ-3.
Установка щеток на электрическую нейтраль.
Установка щеток на нейтраль производится индуктивным методом так же, как для обычных машин постоянного тока. Все четыре щетки усилителей типа ЭМУ установлены на одной траверсе. Для отыскания нейтрали этих усилителей собирается схема испытаний, приведенная на рис. 4-2.
Основные и замкнутые щетки усилителей типа АГ-3 укреплены на двух отдельных траверсах и устанавливаются на нейтраль независимо. Для отыскания нейтрали усилителей типа АГ-3 сначала собирается схема по рис. 2, позволяющая правильно установить и закрепить траверсу со щетками поперечной оси Я3—Я4. Затем собирается схема, приведенная на рис. 4-3, и устанавливаются на нейтраль щетки продольной оси Я1—Я2. В данном случае ток якоря при импульсном включении может составлять (0,1-0,3)Iн.
Снятие характеристики намагничивания.
С целью получения данных для настройки схемы управления, установления исправности ЭМУ, окончательной проверки полярности и соотношения числа витков обмоток управления снимается характеристика холостого хода или намагничивания усилителя. Характеристика намагничивания ЭМУ снимается так же, как и для обычных машин постоянного тока. При испытании необходимо иметь в виду, что качество притирки, степень нажатия и материал щеток сильно влияют на форму характеристики в области малых напряжений.
Подачу напряжения на обмотки возбуждения следует осуществлять через два потенциометра ПТ1 и ПТ2 (рис. 4-4,а) для возможности регулировки напряжения в весьма малых пределах. Для удобства перемагничивания к первому потенциометру ПТ (рис. 4-4,в) можно подключить два дополнительных потенциометра ПТ1 и ПТ2 и обмотку возбуждения ЭМУ включить между их движками.
Применимо также включение потенциометра ПТ с малым сопротивлением 20—40 ом последовательно с добавочным сопротивлением порядка 100—500 ом (рис. 4-4,б). Характеристика намагничивания должна быть снята в диапазоне напряжений от +1,3 до —1,3 UB (порядка 330 в при UB =230 в) только для одной из обмоток ЭМУ.
Рис. 4-4. Снятие характеристики холостого хода ЭМУ. а — схема с двумя потенциометрами; б — то же с потенциометром и добавочным сопротивлением; в — то же с тремя потенциометрами; г — характеристики холостого хода ЭМУ,
Кроме того, желательно на очень короткое время повысить напряжение ЭМУ до 1,75 UB (400 в при UH= 230 в) и измерить соответствующий ток возбуждения.
Помимо основной характеристики (кривая 1 на рис. 4-4,г), снимается несколько точек характеристик намагничивания путем поочередного питания остальных обмоток возбуждения ЭМУ. Дополнительные характеристики (кривые 2—4) достаточно снять в зоне больших напряжений одной полярности.
Сравнивая измеренные величины токов возбуждения разных обмоток, создающие одно и то же напряжение на якоре ЭМУ, можно получить соотношение чисел витков этих обмоток, а при желании по основной, подробно снятой характеристике, построить остальные характеристики намагничивания.
Соотношение чисел витков обмоток может быть также проверено дифференциальным методом.
Рис. 4-5. Типовая характеристика намагничивания ЭМУ-25.
В качестве примера на рис. 4-5 приведена типовая характеристика намагничивания ЭМУ-25. Так же, как ЭМУ-25, ЭМУ других габаритов при н. с., равной 40 ав, создают напряжение на якоре порядка 230 в.
Форма характеристики намагничивания, полученной экспериментальным путем, часто отличается от типовой характеристики ЭМУ; обычно это связано с неточной установкой щеток ЭМУ на нейтраль. Однако опыт наладки показывает, что многократная подгонка нейтраки приводит к повреждению щеткодержателей. Поэтому повторную регулировку положения нейтрали следует производить только в тех случаях, когда полученные характеристики машины не дают возможности обеспечить заданный режим управления.
Весьма чувствительны ЭМУ к сдвигу щеток от электрической нейтрали.
Небольшой сдвиг щеток против направления вращения якоря вызывает резкое увеличение напряжения ЭМУ. Сдвиг щеток по вращению вызывает размагничивание и резкое уменьшение напряжения ЭМУ. Указанная зависимость иллюстрируется характеристиками на рис. 4-6.
Сдвиг щеток ЭМУ против направления вращения, несмотря на резкое повышение чувствительности, не применяется, так как грозит чрезмерными перенапряжениями. Для компенсации возможного сдвига нейтрали в ходе эксплуатации рекомендуется смещение щеток в сторону вращения на 1—2 мм.
Рис. 4-6. Кривые холостого хода ЭМУ-25 при различном сдвиге щеток с нейтрали (на угол ±β).
Современные схемы авторегулирования имеют большой запас по коэффициенту усиления, и ослабление чувствительности ЭМУ обычно допустимо.
Настройка компенсации.
Размагничивающее действие реакции якоря по продольной оси в электромашинных усилителях проявляется значительно сильнее, чем в обычных генераторах постоянного тока, и для ее резкого снижения служит специальная компенсационная обмотка КО, по которой проходит ток якоря. Намагничивающая сила КО несколько превышает н. с. реакции якоря, вследствие чего во избежание недопустимого повышения напряжения ЭМУ с ростом нагрузки предусматривается шунтирование компенсационной обмотки специальным сопротивлением RK (рис 4-7,а).
От величины R зависит форма внешних характеристик ЭМУ (рис. 4-7,б), дающих зависимость напряжения на якоре от тока нагрузки при постоянном возбуждении: U=f(I) при Iв = const. Подбор подходящей внешней характеристики путем изменения сопротивления RK принято называть настройкой компенсации ЭМУ. Обычно приемлемой считается такая внешняя характеристика, при которой напряжение с ростом тока нагрузки от холостого хода до номинального снижается на 15—20%.
Рис. 1-7. Снятие внешних характеристик ЭМУ.
а — схема измерения; б — примерные внешние характеристики ЭМУ-25-3000.
Внешние характеристики снимаются с помощью схемы, приведенной на рис. 4-7,а. Характеристики снимаются для трех-четырех значений сопротивления шунтирующего компенсационную обмотку, и для двух-трех значений возбуждения ЭМУ.
При пониженном возбуждении действие компенсационной обмотки сказывается более резко, чем при полном возбуждении.
С помощью схемы, собираемой для снятия внешних характеристик, следует проверить безыскровую коммутацию щеток ЭМУ: при номинальном напряжении и токе якоря, вдвое превышающем номинальный в течение 3—5 сек, и при половинном напряжении и мгновенном четырехкратном токе якоря.
Снятие нагрузочной характеристики.
С целью получения исходных данных, необходимых при расчетах установившихся режимов, дополнительно к внешним характеристикам снимается характеристика ЭМУ U=f(I), соответствующая фактическому сопротивлению нагрузки. При снятии нагрузочной характеристики собирается обычная схема плавного подъема возбуждения (см. рис. 4-4), а якорь ЭМУ включается на рабочее сопротивление, например, на обмотку возбуждения неподвижного генератора.
Рис. 4-8. Внешние характеристики ЭМУ при сдвиге щеток поперечной цепи по направлению вращения на 2,5.
Настройка компенсации ЭМУ, работающего в качестве возбудителя.
Наибольшее использование по напряжению и мощности ЭМУ, работающего в качестве возбудителя, будет иметь место в том случае, когда его рабочая характеристика U=f(Iв) при R= const приблизится к характеристике холостого хода. Для получения оптимальной характеристики следует осторожно регулировать сопротивление RK таким образом, чтобы при напряжении 1,3 Uu ток якоря составлял 1,3 I. Во избежание самовозбуждения, возможного при последующей длительной эксплуатации, приходится все же устанавливать сопротивление RK несколько заниженным (на 10—15%) против значения, определяющего оптимальную рабочую характеристику.
Выше было отмечено, что сдвиг щеток ЭМУ по вращению приводит к понижению напряжения холостого хода. Наряду с этим внешние характеристики выпрямляются и получают достаточный наклон.
В качестве примера на рис. 4-8 пунктиром показаны внешние характеристики ЭМУ, соответствующие расположению щеток на нейтрали; сплошными линиями нанесены характеристики, полученные после сдвига щеток.
