Электромашинным усилителем (ЭМУ) может быть назван любой электрический генератор с независимым возбуждением, считая за вход - возбуждения, а за выход - цепь главного тока. То же самое можно сказать и про синхронный генератор. На практике эму принято называть генератором постоянного тока специальной конструкции, он потребляет для своего возбуждения чрезвычайно малую мощность по сравнению с номинальной мощностью этого генератора.
Наибольшее распространение в электрическом приводе получил усилитель с поперечным полем. Конструктивной особенностью такого усилителя является то, что на коллекторе во взаимно перпендикулярных плоскостях, в продольной и поперечной осях расположены две пары щеток АА и ВВ (при двухполюсном исполнении). При этом щетки АА в поперечной оси замкнуты накоротко, а щетки ВВ в продольной оси принадлежат цепи главного тока генератора (рис. 1).
Усилитель имеет несколько обмоток возбуждения, называемых обмотками управления, и одну компенсационную обмотку. Одна из обмоток управления имеет независимое питание от источника постоянного тока. Она называется задающей и потребляет малую мощность по сравнению с мощностью на зажимах главного тока ЭМУ. Питание этой обмотки обычно производится от стабилизированного источника постоянного тока. Остальные обмотки управления предназначены для регулирования заданной величины и стабилизации работы электромашинных усилителей.
Подробнее про устройство и принцип работы ЭМУ читайте в этой статье: Электромашинные усилители
Рис. 1. Схемы включения ЭМУ и гибкой обратных связей щетками
На рис. 1, б изображена принципиальная схема ЭМУ с двумя дополнительными обмотками обратной связи по напряжению выхода ЭМУ. Обмотка ОС называется стабилизирующей и представляет собой гибкую обратную связь по напряжению выхода ЭМУ. Она может включаться через конденсатор, но чаще всего через трансформатор, носящий название стабилизирующего.
Ток в этой обмотке, а следовательно, и поток могут возникать только лишь при изменениях (нарастании или убывании) напряжения на зажимах ЭМУ. Вообще гибкая обратная связь реагирует только лишь на изменение контролируемого параметра. Выражаясь математически, можно сказать, что в общем случае гибкая обратная связь реагирует на первую или вторую производную по времени контролируемого параметра (например, напряжения тока и др.).
Обмотка ОН подключена непосредственно на напряжение ЭМУ, следовательно, по ней в любое время работы протекает ток. Ток, а следовательно, и поток в этой обмотке пропорциональны напряжению. При таком подключении обмотка ОН служит жесткой обратной связью по напряжению.
На рис. 1, в ЭМУ использован в качестве генератора, питающего двигатель, а на рис. 1, г изображен график напряжения в функции времени, поясняющий сказанное об обратных связях.
Рассмотрим работу обмоток обратной связи на примере применения ЭМУ в качестве возбудителя к генератору преобразовательного агрегата системы Г—Д (рис. 2).
Рис. 2. Схема включения электромашинного усилителя в качестве возбудителя генератора в системе Г-Д
Здесь обычный агрегат генератор-двигатель (Г-Д) питает приводной двигатель постоянного тока ДПТ. В данном случае обмотка возбуждения генератора Г питается не от возбудителя В, а от ЭМУ, задающая обмотка которого питается через реостат PB3 и переключатель П от возбудителя В преобразовательного агрегата.
Помимо этой обмотки ЭМУ снабжен тремя обмотками: ОС, ОН и ОТ.
ОС — обмотка обратной связи, стабилизирующая. Она подключена параллельно главной цепи ЭМУ через стабилизирующий трансформатор ТС и обеспечивает устойчивую работу ЭМУ. При нормальной работе величина напряжения в главной цепи ЭМУ неизменна и, следовательно, по стабилизирующей обмотке ОС ток не проходит.
При изменениях напряжения во вторичной обмотке трансформатора ТС индуктируется э. д. с, пропорциональная изменению напряжения ЭМУ. Эта э. д. с. создает ток в цепи управляющей обмотки, а следовательно, и магнитный поток Фос. При возрастании напряжения поток обмотки ОС направлен навстречу потоку задающей обмотки ОЗ, а при снижении напряжения поток обмотки ОС имеет одинаковое с задающим потоком направление и тем самым восстанавливает напряжение на зажимах ЭМУ.
ОН — обмотка обратной связи по напряжению. Она включена на напряжение U главной цепи генератора. Поток обмотки ОН направлен навстречу потоку задающей обмотки.
При увеличении напряжения главной цепи генератора поток обмотки ОН возрастает и благодаря встречному направлению потоков ЭМУ общий магнитный поток уменьшается, и напряжение стремится принять прежнюю величину. При понижении напряжения U результирующий поток возрастает, препятствуя снижению напряжения. При неизменной нагрузке (I=const) и постоянной величине напряжения скорость двигателя сохраняется постоянной.
ОТ — обмотка жесткой обратной связи по току, включена через шунт Ш в цепи главного тока генератора. При увеличении нагрузки, т. е. при возрастании тока в главной цепи, напряжение на зажимах двигателя уменьшается вследствие увеличения падения напряжения в цепи главного тока.
Для поддержания постоянства скорости двигателя необходимо компенсировать это падение напряжения, т. е. повысить напряжение генератора. Для этого поток обмотки ОТ должен иметь одинаковое направление с потоком задающей обмотки.
При уменьшении нагрузки скорость двигателя должна возрасти при неизменном напряжении U. Однако при этом уменьшится поток в обмотке ОТ, а следовательно, и общий поток возбуждения. В результате напряжение уменьшится на такую величину, что двигатель будет стремиться сохранить заданную cкорость.
Эту же обмотку можно использовать для поддержания постоянной величины тока в главной цепи. В таком случае пришлось бы в обмотке ОТ менять полярность, чтобы поток имел обратное направление.