Файл: Основы авиационной автоматики учеб. пособие.pdf

ограниченность выходной мощности усилителя. В некоторых слу­ чаях от усилителей не требуется пропорциональной зависимости между выходной и входной величинами, а можно ограничиться характеристикой разрывного типа, но почти во всех -случаях ис­ пользования усилителей в системах автоматического регулиро­ вания необходимо, чтобы характеристика явых = /(м вх) была нечетной, т. е. / ( - мвх) = - /(« „ ).

Усилители по принципу действия распадаются на две группы: усилители-генераторы и параметрические усилители.

представляющий собой генератор постоянного тока независимо­ го возбуждения. Ко второй группе относятся электронные, тиратронные, полупроводниковые, магнитные усилители, релейные усилители. Устройство всех параметрических усилителей сводит­ ся к тому, что последовательно с выходной цепью усилителя —

Усиление по мощности происходит п-отому, что мощность, за­ трачиваемая на изменение параметра Zyan, много меньше мощ­ ности, выделяемой в сопротивлении нагрузки.

Электронные лампы (триоды) и полупроводниковые трио­ ды — это приборы управляемого изменяющегося сопротивления Rvаг - Магнитные усилители — приборы изменяющейся индук­ тивности Z-var •

Существуют колденсаторы-вариконды с управляемой емко- СТЬЮ С*ѵаг • На базе их также может быть построен усилитель.

В релейных и тиратронных усилителях также происходит из­ менение /?,аг, однако в этом случае входной сигнал дает воз-

104

ся поэтому нелинейным элементом цепи. Рассмотрим некоторые основные типы усилителей.

Электромашинные усилители (ЭМУ)

Электромашинные усилители относятся к группе усилителейгенераторов, в которых механическая энергия преобразуется в энергию выходного сигнала.

В простейшем случае электромашинный усилитель (ЭМУ) представляет собой генератор постоянного тока с независимым возбуждением (рис. 2.22,а), якорь которого вращается привод­ ным двигателем М. В самолетных системах последний является обычно двигателем постоянного тока, размещенным в общем корпусе о генератором. Входное напряжение подводится к об­ мотке управления (возбуждения) генератора, а с его щеток сни­ мается выходное напряжение.

Если не учитывать гистерезис магнитной цепи, то статическая характеристика ЭМУ имеет вид, показанный на рис. 2.22,6. При постоянной скорости вращения выходное напряжение мвых в из­ вестном диапазоне пропорционально входному ивх. Уменьше­ ние наклона характеристики иВых= / ( ивх)'При больших значениях ивх обусловлено насыщением магнитной цепи машины.

Для исследования динамических свойств ЭМУ запишем урав­ нение цепи возбуждения

105

Здесь Ry — омическое сопротивление обмотки управления; /у — ток в обмотке управления;

Ly — индуктивность обмотки управления.

Так как работа происходит на линейном участке и мы .прене­ брегаем индуктивностью цепи якоря, напряжение на выходе электромашинного усилителя пропорционально току в обмотке управления:

В выражение для k\ входят:

/і — частота вращения якоря в об/мин;

w„— число активных проводников обмотки якоря; іЮу — число витков обмотки управления.

Число пар полюсов и число пар параллельных ветвей обмотки

Ly

где г = — — постоянная времени электромашинного усилите-

Ry ля;

k

k = — — коэффициент усиления по напряжению ЭМУ.

Ry

По динамическим свойствам однокаскадныіі ЭМУ представ­ ляет собой инерционное звено

Постоянная времени Т характеризует запаздывание выходного напряжения по отношению к входному.

Для уменьшения запаздывания можно либо уменьшить ин­ дуктивность L.. обмотки управления wy, либо увеличить ее со­ противление Ry, но при этом уменьшается коэффициент усиле­ ния электромашинного усилителя, так как между ними сущест­ вует связь:

В случае нагруженного усилителя выражение для /г примет вид:

R n

106

где Rn — сопротивление нагрузки;

R„ — сопротивление обмотки якоря.

Увеличивать коэффициент усиления за счет увеличения тя. нельзя, так как при этом происходит увеличение /?я, что умень­ шает /г. Влиять на k за счет изменения wy также нельзя, так как при уменьшении wy мы уменьшаем индуктивность , а следова­ тельно, и постоянную времени, так как Т = Ly = w y-.

Наиболее рациональным способом повышения коэффициента усиления является увеличение частоты вращения. В этом случаерост коэффициента усиления не ухудшает динамические свойст­ ва электромашинного усилителя (не влияет на Т) и, кроме того,, увеличение частоты вращения позволяет получить меньшие габа­ риты и вес. В авиационных ЭМУ частота вращения берется по­ рядка 6000—12000 об/мин. При этом k = l - е - 2 , 7'=0,1 ч- 0,03 с.

Более широкое распространение получили двухкаскадные элект­ ромашинные усилители с поперечным полем. В таких электромашинных усилителях два каскада усилителя конструктивно объединены в одноякорном генераторе постоянного тока, приво­ димом во вращение двигателем, находящимся с ним в одном кор­ пусе.

ЭМ У

Конструктивная схема ЭМУ приведена на рис. 2.23,а, а егоусловное обозначение в схемах — на рис. 2.23,6. Маломощная обмотка управления тіУупри питании входным напряжением соз­ дает магнитный поток Фу. От этого потока в обмотке якоря воз­ никает э.д.с. Еп, которая могла бы быть зафиксирована на по­ перечных щетках 1—1. Поперечные щетки замкнуты накоротко,, вследствие этого в обмотке якоря протекает значительный попе­ речный іок / п, хотя Фу и Нп невелики. Поперечный ток / п, образует неподвижный в пространстве поперечный поток реак­ ции якоря Фп, замыкающийся через полюсные башмаки (рис. 2.23,а). В поле этого неподвижного поперечного потока вращает--

107

ся обмотка якоря л поэтому с перпендикулярно расположенных продольных щеток 2—2 можно снять напряжение мвых, которое ■и является выходным .напряжением усилителя. При нагрузке в цепи щеток 2—2 потечет ток якоря, который создаст поток реак­ ции якоря, направленный вдоль оси продольных щеток 2—2. Этот поток будет вычитаться из потока управляющей обмотки w y и уменьшать величину результирующего магнитного потока по

продольной оси машины, а вместе с тем и величину коэффициента усиления ЭМУ. По

%своему действию этот поток реакции якоря эквивалентен отрицательной обратной свя­ зи, охватывающей оба каскада усилителя. Из-за этой отрицательной обратной связи коэффициент ЭМУ весьма невелик, так как поток реакции якоря Ф„ имеет достаточно большую величину. Чтобы обеспечить зна­

%f*. чительный коэффициент усиления, отрица­

компенсации оба потока равны друг другу.

Для изменения величины компенсации служит регулировоч­ ное сопротивление RK. Схема расположения магнитных потоков в ЭМУ приведена на рис. 2.24.

Вид статической характеристики мВых = / ( цВх) усилителя с поперечным полем подобен характеристике однокаскадного ЭМУ (см. рис. 2.22,6) с тем, разумеется, отличием,, что усиление по на­ пряжению и мощности в двухкаскадном усилителе во много раз выше, чем в однокаскадном. Коэффициент усиления по мощно­ сти ЭМУ с поперечным полем достигает 5000—6000. Высокий коэффициент усиления по мощности и небольшая .входная мощ­ ность позволяют осуществлять питание обмотки управления ЭМУ непосредственно от электронного усилителя.

Передаточная функция электромашиннопо усилителя с попе­ речным полем при точной компенсации может быть представле­ на как произведение передаточных функций двух инерционных звеньев:

— постоянные времени цепи обмотки управления и попереч­ ной цепи якоря соответственно;

108