Электромашинный усилитель

Заявлено 20 марта 1946 года в Министерство электропромышленности СССР за1689 1344351) Опубликовано 31 января 1948 годаДля усиления электрических токов и напряжений широко известно использование электромашинных усилителей - генераторов постоянного или переменного тока, приводимых во вращение тем или иным способом, в частности каким-либо двигателем. Усиливаемов напряжение используется для возбуждения машины, а с зажимов якоря снимается напряжение, в известных пределах пропорциональное напряукению, поданному на обмотку возбуждения машины, с значительным усилением, величина которого может регулироваться в широких пределах.Усилительные устройства подобного типа (например так называемые амплидины и др.) получили в последнее время широкое распространение в системах автоматического регулирования.Имеется большое число подобных усилительных систем, использующих известные типы электрических машин, Однако в этих известных системах трудно добиться строго пропорциональной зависимости усиления, в первую очередь из-за формь. кривой намагничивания материала магнитопровода, отличающейся от прямолинейной. Другим весьма существенным недостатком является наличие остаточного магнетизма системы, Для уменьшения этих явлений в применяемых типах электромашинных усилителей используют специальныв магнитные спл- вы по типу пермаллоя с большой начальной магнитной проницаемостью, однако полностью этим способом указанные дефекты не устраняются.Предметом данного изобретения является новый тип электромашин- ного усилителя, в значительной мере лишеннь 1 й указанных недостатков.Предлагаемый усилитель, подобно известным, представляет собою электрическую машину, обмотка возбуждения которой питается усиливаемым током, а с зажимов якоря снимается усиленный ток (напряжение). Отличительной особегностыо усилителя является выполнение магнитной цепи. Согласно изобретению, магнитная цепь машины выполнена в виде магнитного моста. ветви которого образованы частями замкнутого яр:,1 а, несущими катушки, возбуждаемые успли 23ваемыми токами, одна диагональ - магнитопроводом, содержащим возбуждающий постоянный магнит или электромагнит, а другая диагональ - полюсными наконечниками и расположенным между ними якорем,В такой системе создается первоначальный магнитный поток, величина которого может изменяться в широких пределах и который в обычных условиях (при отсутствии подачи усиливаемого напряжения или тока) нв возбуждает никаких э. д. с. в якоре машины.Напряжение в якоре возбуждает" я только в том случае, если, кроме этого основного магнитного потока, циркулирующего постоянно в замкнутом ярме, в последнем возбуждается дополнительное магнитное поле, создаваемое усиливаемым током или напряжением и воздействующее только на одну ветвь или часть ветвей магнитного моста, ооразуемого ма.гнитной системой машины,С целью магнитной балансировки моста путем изменения соотношения длин отдельных ветвей ярма, магнит, или полюсные наконечники (либо и магнит и полюсные наконечники) выполняются с возможностью их поворота относительно ярма в плоскости последнего.Изложенная сущность изобретения поясняется фиг, 1 и 2, на которых представлен (в двух проекциях с частичным разрезом) предлагаемый усилитель по одному из возможных конструктивных вариантов, на фиг. 3 - другой вариант, на фиг. 4 и 5 - третий вариант.В варианте по фиг. 1 и 2 якорь 1 вращается между полюсными наконечниками 2 ярма машины, вы. полненного в виде замкнутого кольца 3, Магнитный потокв систе, - ме возбуждается при помощи постоянного магнита 4 либо электромагнита 4 (фиг. 3), установленного таким образом, что создаваемый им магнитный поток, разветвляясь, обтекает две половины кольца 3 в напоавлениях, указанных стрелками. Так как система симметрична, то весь поток будет целиком замыкаться в кольце 3, не попадая в по люсные наконечники 2, вследствие чего в якоре 1 не будет индуктироваться э, д. с, Ответвлвние магнитного потока в наконечники и, соответственно, в якорь произойдет в том случае, если симметрия магнитных потоков в двух половинах кольца 3 нарушится. Это произойдет, если в системе будет создандополнительный магнитный поток, например, при помощи намагничивающей обмотки 5, надетой на один из участков (плеч) кольца 3, На эту обмотку и подается усиливаемое напряжение или ток,Понятно, что дополнительная обмотка может быть помещена на любое из плеч моста (обмотки 5, 6, 7 или 8) или одновременно на некогорые из них. При этом дополнительное намагничивание может осуществляться как постоянным, так и переменным током, независимо от характера основного намагничиваю- щего потока, так как в обоих случаях накладывание дополнительного, хотя бы и переменного, поля на основное постоянное поле вызовет неодинаковое магнитное насыщение в различных участках кольца 3 и соответственно нарушение симметрии основного потока и появление его в полюсных наконечниках 2. В связи с этим следует отметить, что в предлагаемом усилителе помимо усиления по методу генераторного усилителя имеет место также дополнительный усилительный эффект за счет использования свойств так называемого магнитного усилителя с насыщением.Предлагаемая система усилителя может быть осуществлена в различных вариантах. Как уже отмечалось выше, постоянный магнит 4 может быть заменен электромагнитом 4 (фиг. 3), питаемым переменным или постоянным током, На дополнительную обмотку может быть подан для усиления как постоянный, так и переменный ток. Магнит 4 может быть заменен вспомогательным индуктором переменного или постоянного тока (фиг, 4), Для этой цели магнитопровод 4 снабжается в средней части воздушным зазором, в70324 215 котором и вращается индуктор 9; цоследний может быть укреплен на одном валу с якорем 1 или быть совмещенным с якорем в одно целое. Индуктор 9 может быть выполнен в виде постоянного магнита двутавровой формы или электромагнита.При вращении всего блока 1 - 9, например, при помощи вспомогательного двигателя 10, якорь кого- рого сидит на одном валу с блоком, в магнитопроводв 4 будет создаваться магнитный поток, намагничивающий систему моста.Магнитный мост должен быть предварительно сбалансирован. Проще всего эта балансировка может быть осуществлена путем изменения длины отдельных плеч или частей кольца 3, лежащих между полюсами магнита 4 и полюсными наконечниками 2. Для достижения указанной цели достаточно сделать магнит 4 поворотным таким образом, чтобы концы его полюсов, касающиеся кольца 3, скользили по его поверхности, как указано стрелкой 11, Перемещение это. производят до тех пор, пока мост будет магнитно сбалансирован, т. е. пока напряжение на зажимах якоря 1 не станет равным нулю.Предложенный усилитель можно непосредственно использовать для автоматической компенсации в схемах с обратной связью, для чего компенсационный ток или импульс может быть подан на одну из оомоток б, 7 или 8 или на различные их комбинации,Помимо своего прямого назначения машина одновременно может быть использована для суммирования или вычитания усиливаемых токов или напряжений либо для проведения любых других математических операций с ними путем комбинированной подачи их на различные обмотки 5 - 8.Естественно, что предлагаемая машина может быть применена в комбинации с любыми схемами генераторных усилителей существующих типов (амплидинов, ротатролов и т. п.),Предмет изобретения1. Электромашинный усилитель.,обмотка возбуждения которого питается усиливаемым током, а с зажимов якоря снимается усиленныйток (напряжение), о т л и ч а ю.щ и й с я тем, что магнитная цепьмашины выполнена в виде магнитного моста, ветви которого образованы частями замкнутого ярма, несущими катушки, возбуждаемыеусиливаемыми токами, одна диагональ - магнитопроводом, содержащим возбуждающий постоянныймагнит или электромагнит, а другаядиагональ - полюсными наконечниками и расположенным между нимиякорем.2. Форма выполнения усилителяпо п. 1, отличающаяся тем,что с целью магнитной балансировки моста путем изменения соотношения длин отдельных ветвейярма магнит или полюсные наконечники, либо тот и другие выполненыс возможностью их поворота относительно ярма в плоскости последнего,3. Форма выполнения устройствапо п. 1, отличаю щ а яся тем,что возбуждающий постоянный магнит или электромагнит выполненвращающимся,4. Применение устройства по и. 1в схемах обратной связи с автоматической компенсацией напряженияна зажимах якоря путем подачикомпенсирующего импульса на обмотки магнитного моста.