В схемах управления современными электроприводами все большее применение получают электромашинные усилители с поперечным и продольным полем. Особенно часто в современных электроприводах подъемно-транспортных машин используются электромашинные усилители (ЭМУ) с поперечным полем (амп­лидины), представляющие собой специальные генераторы посто­янного тока с несколькими обмотками возбуждения и двумя ком­плектами щеток.

Схема ЭМУ с поперечным полем приведена на. рис. 58. В па­зах якоря, набранном из отдельных, изолированных друг от дру­га листов высококачественной электротехнической стали, распо­лагается обычная петлевая или волновая обмотка, которая своими выводами подключается к пластинам коллектора. По по­верхности коллектора при работе ЭМУ скользят поперечные Щ₁ и продольные Щ₂ щетки. Первые соединены между собой нако­ротко, а вторые присоединяются к нагрузке, роль которой может выполнять электродвигатель, обмотка возбуждения генератора или электродвигателя, а в некоторых случаях и обмотка возбуж­дения возбудителя. Полюса амплидина набираются также из от­дельных листов электротехнической стали. На полюсах размеща­ют несколько обмоток возбуждения, чаще называемые в данном случае обмотками управления.

Принцип действия ЭМУ с поперечным полем состоит в сле­дующем. Если его якорь привести во вращение каким-либо по­сторонним двигателем и подать постоянный ток в обмотку управ­ления ОУ, то протекающий по этой обмотке ток I₁ намагнитит по­люса и создаст продольный магнитный поток Ф₁, пронизываю­щий якорь. В обмотке якоря, вращающегося в поле этого потока, возникнет, как и в обычном генераторе, э.д. с. Е₂, которую мож­но снять с поперечных щеток Щ₁. Однако в усилителе эти щет­ки замкнуты накоротко. Поэтому по якорю протекает большой ток, создающий сильный поток реакции якоря Ф₂. Под влиянием этого потока возникает э. д. с. Е₃, которую снимают с продольных щеток Щ₂. Если подключить внешнюю нагрузку R непосредст­венно к щеткам Щ₂, то Е₃ создаст в цепи ток I₃ во много раз больший, чем ток возбуждения I₁, подаваемый на вход усилите­ля. Ток I₃, протекая по обмотке якоря, вызывает поток продоль­ной реакции якоря Ф₃, направленный навстречу потоку Ф₁ Что­бы избежать размагничивания машины, на полюсах размещают компенсационную обмотку КО, поток которой направлен навст­речу потоку Ф₃ и нейтрализует его влияние.

Ценность усилителя с поперечным полем состоит в том, что он значительно усиливает мощность, поступающую на обмот­ку управления. Входная мощность Р₁ = U₁I₁ сначала увеличива­ется до величины P₂ = E₂I₂, а затем до величины Р₃=U₃I₃, ко­торая и подается на нагрузку R.

Отношение выходной мощности Р₃ к мощности на входе Р₁ называется коэффициентом усиления. У современных ЭМУ с поперечным полем коэффициент усиления достигает величины порядка 10000 и может быть значительно выше, тогда как у обычных генераторов он составляет 20—30. Нетрудно по­нять, что это создает весьма благоприятные возможности в схе­мах управления электроприводами. Действительно, применив ЭМУ с поперечным полем в системе Г—Д в качестве возбудителя генератора, можно, регулируя незначительный ток I₁ в обмотке управления ОУ, изменять ео много раз больший ток I₃, который будет протекать через обмотку возбуждения мощного генерато­ра. Это в конечном счете будет приводить к изменению скорости мощного исполнительного электродвигателя.

Данный способ регулирования скорости электродвигателя в системе Г—Д удобен тем, что процесс изменения скорости проте­кает здесь значительно быстрее, чем в системе Г—Д без электро­машинного усилителя, так как обмотки последнего обладают меньшей индуктивностью по сравнению с обычным возбудителем генератора, и, следовательно, электромагнитная инерционность системы с ЭМУ значительно меньше. В системе Г—Д с ЭМУ не­трудно осуществить также дистанционное управление, так как управляющие сигналы, подаваемые на вход ЭМУ, весьма малы, и источник постоянного тока с малогабаритным регулировочным реостатом можно вывести в любое место. При этом потери энергии на регулирование весьма незначительны.

Большим преимуществом ЭМУ является возможность широ­кого использования автоматики в процессах управления и защи­ты электропривода. Наличие нескольких, не связанных друг с другом управляющих обмоток позволяет включать их в различ­ные цепи управления и тем самым широко вводить автоматику в схему управления электроприводами.

Рассмотрим принципиальную схему так называемой квад­ратичной системы Г—Д с ЭМУ в качестве возбудителя генерато­ра (рис. 59). Усилитель У снабжен тремя обмотками управления, причем обмотка ОУ разбита на две секции, включенные так, что создают магнитные потоки, всегда направленные навстречу друг другу. Следовательно, система работает вхолостую в том случае, если движок регулировочного реостата РР находится в среднем положении. Действительно, если приводной двигатель ПД приведен во вращение, но токи в обмотках ОУ₁ и ОУ₂ одинаковы, то ЭМУ возбужден не будет, соответственно возбуждаться не будет генератор Г и исполнительный двигатель ИД ра­ботать не будет. Однако достаточно сдвинуть движок реостата с нейтрального положения, как ток в одной из обмоток управле­ния усилителя, а во второй уменьшится. Это приведет к появле­нию тока в обмотке возбуждения генератора и исполнительный двигатель придет во вращение. Усиливая или уменьшая ток в той или другой обмотке управления с помощью реостата РР, можно производить таким образом пуск исполнительного электродвигателя, регулирование его скорости, реверс и остановку.

Обмотка ОН, называемая обратной связью по напряжению, подключена через добавочное сопротивление R_д к щеткам гене­ратора Г. Она служит для ускорения процессов разгона и тор­можения исполнительного двигателя ИД. Магнитный поток, соз­даваемый обмоткой ОН, всегда направлен навстречу потоку ра­ботающей обмотки управления ОУ₁ или ОУ₂. Следовательно, в установившемся режиме работы исполнительного электродвига­теля на усилитель действует разность большего потока управля­ющей обмотки и меньшего потока обмотки напряжения. При разгоне электродвигателя величина потока управляющей обмот­ки такая же, как и в установившемся режиме, а поток обмотки напряжения возрастает постепенно по мере увеличения напряже­ния на щетках генератора, которое не может подняться мгновен­но до номинального значения вследствие электромагнитной инерции, обусловленной большой индуктивностью обмоток возбуж­дения системы. Поэтому при пуске электропривода напряжение усилителя оказывается больше, чем в установившемся режиме. В результате очень быстро увеличивается напряжение генерато­ра, что приводит к ускоренному пуску исполнительного электро­двигателя.

Во время торможения обмотка ОН способствует быстрому размагничиванию усилителя, так как в этом случае ее поток спа­дает медленнее потока управляющей обмотки.

Токовая обмотка ТО обеспечивает обратную связь по току. Она подключена к шунту R_ш в цепи главного тока, т. е. созда­ваемый ею магнитный поток пропорционален току главной цепи системы. Обмотка ТО всегда размещается на полю­сах усилителя так, что ее маг­нитный поток направлен на­встречу потоку работающей обмотки управления. При нор­мальных токах главной цепи размагничивающее действие токовой обмотки обычно неве­лико. Если же произойдет пе­регрузка перегрузка исполнительного электродвигателя и ток в главной цепи начнет возрастать, магнитный поток обмотки ТО уве­личивается, в результате чего усилитель размагничивается и соответственно снижается ток в главной цепи.

К настоящему времени разработано большое количество схем с ЭМУ. В электроприводах подъемно-транспортных машин особенно широко используются схемы, позволяющие получить весьма жесткие механические характеристики, а также схемы, позволяющие получить так называемую экскаваторную механи­ческую характеристику (рис. 60), при работе на которой скорость электропривода по мере увеличения нагрузки до определенного предела уменьшается мало, а затем резко снижается до нуля, т. е. экскаваторная характеристика обеспечивает ограничение тока и момента исполнительного электродвигателя определен­ными значениями.

В некоторых схемах электромашинные усилители использу­ются непосредственно для питания исполнительных электродви­гателей. Обычно эти схемы используются в электроприводах сравнительно небольшой мощности, которые по условиям эксплуатации должны иметь жесткие механические характери­стики, позволяющие регулировать скорость в больших пределах.