Файл: Миловзоров, В. П. Электромагнитные устройства автоматики учебник.pdf

П о т е н ц и а л ь н о й м о щ н о с т ь ю Р назовем наиболь­ шую мощность, которую может отдать датчик при сигнале Яу ср в на­

то, приняв R y fa RBn (так как активное сопротивление обмотки уп­ равления обычно значительно меньше RBB) и подставив в (5.4) значе­ ние ки из (5.3), получим

Из равенства (5.5) видно, что усиление по мощности возможно только при условии

Следовательно, если при уменьшении внутреннего сопротивления датчика это условие перестанет выполняться, усилитель не будет выполнять свое назначение, а датчик без усилителя окажется в состоя­ нии отдать в нагрузку (при согласующем трансформаторе) требуемую мощность.

Мощность в нагрузке максимальна, когда Яр = 0 и все напряжение сети приложено к нагрузке. Подставляя в выражение для мощности предельное значение Яс> преп (3.28) и заменяя ток через напряжен­ ность, получим для двухполупериодной схемы с учетом к.п. д. рабочей цени

В управляющие полупериоды по цепи управления протекает ток, рав­ ный / с.

Максимальное напряжение управляющего сигнала, равное опор­ ному напряжению, можно представить в виде 4fwrsBs.

Следовательно, максимальная мощность, которую должен разви­

119

Кроме этой мощности, в сопротивлении R у выделяется активная мощность Ру, наибольшая величина которой [fR у. Однако в отличие от «обычных» усилителей, где мощность в активном сопротивлении об­ мотки wy полностью характеризует мощность, затрачиваемую источ­ ником сигнала, в быстродействующих схемах эта мощность значитель­ но меньше определяемой выражением (5.9) и ею можно пренебречь. Из (5.9) видно, что мощность управления целиком зависит от габари­ тов и материала сердечника.

Для быстродействующих усилителей за коэффициент усиления по мощности можно также принять отношение (5.7) к (5.9), из которого видно, что при заданных частоте и габаритах сердечника мощность в нагрузке пропорциональна напряженности # тах и ограничивается только к. п. д. рабочей цепи и нагревом обмотки wp. Таким образом, согласование быстродействующего усилителя с нагрузкой осущест­ вляется аналогично усилителям с самонасыщением.

Динамические свойства быстродействующих усилителей характе­ ризуются, как указывалось в § 5.1, лишь запаздыванием т. Поэтому передаточная функция быстродействующего усилителя имеет вид

Быстродействующие усилители получили свое название вследствие малости величины запаздывания т по сравнению с постоянной времени «обычных» усилителей, равной, как правило, нескольким периодам сети. Однако это быстродействие получают за счет низких коэффици­ ентов усиления быстродействующих усилителей. Например, если «обычный» усилитель с самонасыщением будет иметь коэффициент усиления по напряжению, вычисленный по формуле (5.3), то его по­ стоянная времени, полученная подстановкой этой формулы в (3.49), окажется равной тоже половине периода сети. Чаще всего «обычные» усилители имеют в одном каскаде значительно большие коэффициенты усиления. Поэтому схемы быстродействующих усилителей менее пригодны в качестве схем усилителей слабых напряжений сигнала, чем схемы, рассмотренные в предыдущих главах. Обычно их приме­ няют в устройствах непрерывного и дискретного действия в качестве

элементов с фиксированным временем запаздывания (см., например,

гл. XVI).

§ 5.3. РЕВЕРСИВНЫЕ И МНОГОКАСКАДНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Быстродействующие усилители, как указывалось, способны непо­ средственно усиливать сигналы переменного тока. Поэтому их целесообразно использовать в тех системах автоматики, где датчики (например, сельсины) выдают именно такого вида сигналы.

Чтобы напряжение на выходе меняло полярность или фазу на 180° при изменении полярности входного сигнала, применяют реверсивные схемы усилителей.

120

Рассмотрим две типовые схемы: дифференциальную и мостовую, лежащие в основе других более сложных схем.

Дифференциальную схему реверсивного быстродействующего усили­ теля получают путем объединения двух односердечниковых усилите­ лей (рис. 5.4, а) таким образом, чтобы их рабочие полупериоды были сдвинуты на полпериода, а выходные напряжения имели одинаковую полярность. Опорные напряжения U0nl и Uou2 подбирают так, чтобы при отсутствии выходного сигнала сердечники насыщались в моменты

не содержащие основной гармоники. При подаче на вход синусоидаль-

Рис. 5.4. Дифференциальная схема реверсивного быстродей­ ствующего усилителя

ного сигнала его напряжение действует навстречу опорному напряже­

суммарным действием АВ у второго сердечника возрастает, а выходное напряжение уменьшается. В результате на нагрузке появится основная гармоника напряжения (рис. 5.4, в), которая изменит фазу на 180° при перемене фазы управляющего сигнала (рис. 5.4, г). Это позволяет использовать схему для управления реверсивным двухфазным асин­ хронным двигателем.

Для любых величин и фаз управляющего сигнала при указанной величине Uoa по нагрузке протекает постоянная составляющая тока, не меняющая ни величины, ни полярности. В ряде случаев она ока­ зывается полезной, так как вызывает динамическое торможение дви­ гателя и быстро останавливает его при снятии сигнала.

Следует отметить, что управляющее напряжение должно находить­ ся либо в фазе, либо в противофазе с опорным напряжением. При дру­ гих углах сдвига фаз чувствительность усилителя будет уменьшаться, а при сдвиге в л/2 станет равной нулю.

121

Мостовая схема реверсивного быстродействующего усилителя (рис. 5.5, а) образована также из двух односердечниковых усилите­ лей. В отличие от элементарной схемы рис. 5.1, а рабочая обмотка каждого сердечника состоит из двух половин (рис. 5.5, б). Образован­ ные таким образом четыре полуобмотки представляют собой четыре плеча моста, к одной диагонали которого подводится напряжение схемы, а в другую включается нагрузка. Полуобмотки wpl и шр3 принадлежат одному сердечнику, а wp2 и wP4 — другому. Вентили Д 1—Д4 пропускают напряжение схемы только в рабочий полупериод, который у обоих сердечников в отличие от дифференциальной схемы протекает одновременно. В управляющий полупериод напряжение

CLCüt

подбирают так, чтобы в отсутствие сигнала углы насыщения сердечни­

нии индуктивных сопротивлений всех четырех полуобмоток, которые определяются магнитной проницаемостью материала сердечников на «вертикальных» участках петли. На участке л/2-зт мост продолжает оставаться уравновешенным, но при близких к нулю индуктивных со­ противлениях всех четырех плеч. В результате в течение всего рабоче­ го полупериода ток в нагрузке не протекает.

Балластное сопротивление Rq предохраняет рабочую цепь от корот­ кого замыкания и ограничивает ток через рабочие обмотки на участке я/2-л, когда сердечники насыщены и сопротивление обмоток wp определяется лишь их активным сопротивлением.

При наличии управляющего сигнала н. с. обмоток управления вычитается из н. с. обмотки смещения в одном сердечнике, вызывая уменьшение его Абу1, и складывается в другом, где A ßy2 возрастает.

Это приводит к уменьшению asl и увеличению as2 в рабочий полупериод (рис. 5.5, г).

122