Файл: Крачино, В. В. Электрорадиоавтоматика на морском транспорте учеб. пособие.pdf

нереверсивного ФЭ (см. рис. 44, а); непрерывной линейной для не­ реверсивного ФЭ (см. рис. 44, б), для которой

а = arcig К; х вых = К хвх,

где К — передаточный коэффициент для ФЭ; прерывистая нелинейная для реверсивного ФЭ (см. рис. 44, г); непрерывная для нереверсив­ ного ФЭ(см. рис. 44, д); релейная для нереверсивного ФЭ(см. рис.44, е); релейная двухпозиционная для реверсивного ФЭ (см. рис. 44, ж)\ релейная трехпозиционная для реверсивного ФЭ (см. рис. 44, з).

ФЭ с релейными статическими характеристиками находят непосред­ ственное применение только в релейных и релейно-импульсных дис­ кретных САУ, которые относятся к сугубо нелинейным системам.

3. Краткий обзор наиболее распространенных функциональных элементов в системах электрорадиоавтоматики на морском флоте

Датчики для преобразования механического перемещения в электрический сигнал

Датчиками [6 ] в системах электрорадиоавтоматики нередко на­ зывают такие ФЭ, в которых преобразуется сигнал одной физической природы в сигнал другой физической природы.

Из существующего многообразия ФЭ, служащих для преобразова­ ния механического перемещения в электрический сигнал, в системах электрорадиоавтоматики наибольшее распространение получили: датчики активного сопротивления, их характерным представителем являются потенциометрические датчики или проволочные потенцио­ метры [23, 25]; индуктивные датчики: сельсинные (сельсины); вра­ щающиеся (поворотные) трансформаторы; генераторные механоэлектрические датчики: пьезоэлектрические преобразователи, тахогенераторы.

Сельсинные датчики. Так как с конструкцией сельсинных датчи­ ков и работой системы передачи данных на сельсинах учащиеся зна­ комятся в курсе «Электронавигационные приборы» [24], обращаем их внимание на то, что подробные сведения о сельсинных датчиках имеются в [2 1 , 26].

Вращающиеся трансформаторы (ВТ) или поворотные трансформа­ торы представляют собой небольшие электрические машины, похожие на асинхронный электродвигатель с фазным ротором. ВТ воспроизво­ дит на своем выходе переменные электрические напряжения, пропор­ циональные или углу поворота ротора а (линейные ВТ), или величине некоторых функций угла, например sin а (синусные ВТ) или cos а (косинусные ВТ). Эти задачи может выполнять один и тот же ВТ путем переключения двух пар его обмоток, расположенных в пазах ротора и статора.

Линейные ВТ (ЛВТ) используются в качестве некоторых преобра­ зовательных элементов судовых РЛС. ЛВТ являются бесконтактными элементами и в ограниченных пределах изменения угла поворота а (от ±60° до ±90°) имеют прямолинейную характеристику выход­ ного напряжения.

123

Один из двух вариантов схемы соединения обмоток ЛВТ, при кото­ рых достигается линейная зависимость между выходным напряжени­ ем и углом поворота ротора а, дан на рис. 49.

При использовании сельсинных датчиков и ЛВТ в системах элек­ трорадиоавтоматики их с достаточной для целей практики достовер­ ностью можно рассматривать как безынерционные звенья. Более подробные сведения в ВТ см. в [26].

Генераторные механо-электрические преобразователи. 1. Пьезо­ электрические датчики. Действие пьезоэлектрических датчиков ос­ новано на использовании одноименного прямого физического эф­ фекта. Подобные датчики нередко используют в автоматических устрой­ ствах при проведении испытаний электронной и полупроводниковой аппаратуры на вибрацию в судовых условиях. Подробные сведения

в качестве: измерителей скорости вращения; дифференцирующих эле­ ментов; устройств ввода в САР производной выходного сигнала или сигнала рассогласования для улучшение динамических свойств этих систем. Полезные сведения по тахогенераторам учащиеся найдут в (Л26).

Датчик» для преобразования электрических сигналов в перемещение

Основой устройства датчиков данного типа обычно является элек­ тромагнитное реле, которое имеет статическую релейную характеристи­ ку того или иного вида (см. рис. 44, е, ж, з.). Электромагнитное реле в устройствах электрорадиоавтоматики применяется для дискретного управления электрическими цепями, по которым канализируются от­ носительно значительные мощности. Так как управляющие сигналы имеют весьма небольшие мощности, то электромагнитные реле в систе­ мах электрорадиоавтоматики выполняют функции своеобразных элек­ тромеханических или релейных усилителей. В связи с тем, что эти усилители относятся к сугубо нелинейным звеньям вСАУ и САР, они в данной книге не рассматриваются. Необходимые сведения по релей­ ным усилителям можно получить из [6 , 23, 25].

124

Усилительные элементы

Общие положения. В системах электрорадиоавтоматики практи­ чески всегда приходится усиливать электрические сигналы рассогла­ сования или управляющие сигналы по мощности или по напряжению. Для этой цели усилительные устройства в этих системах обычно вклю­ чаются или после чувствительных элементов, или после элементов сравнения, если уровень электрических сигналов на их выходах недостаточен для приведения в действие последующих элементов схе­ мы. Сигналы в радиотехнических САУ и САР усиливаются с помощью

одного-двух известных видов усилительных устройств: полупроводни­ ковых, электронных, тиратронных, магнитных, релейных, с бесконтакт­ ными электронными или транзисторными реле.

Магнитные усилители. В магнитных услителях (МУ), где функции нелинейных элементов выполняют дроссели с насыщающимися сер­ дечниками, повышенный уровень энергии электрического сигнала на выходе получается за счет энергии источника питания МУ переменным током.

Электрическая схема простейшего (дроссельного) МУ (рис. 50) содержит обмотку управления с числом витков Wy на среднем сердеч­ нике магнитопровода и две рабочие обмотки с числом витков в каждой, намотанных на крайних сердечниках того же магнитопро­

вода в противоположных направлениях и соединенных последова­ тельно.

При отсутствии сигнала в обмотке управления (іу = 0) переменные магнитные потоки, создаваемые рабочими обмотками, взаимоуравновешиваются и э. д. с. в обмотке управления не наводится. При появле­ нии сигнала в обмотке управления (іу Ф 0) индуктивность L в рабо­ чей обмотке уменьшается (сердечник насыщается), ток I ^ возрастает и в нагрузочном сопротивлении R Hвыделяется значительная мощность.

ния тока U в ОУ обмотке управления.

125

Выходной (усилительный) ток /._, как и выходное напряжение, практически не отстает во времени от входного тока іу.

В пределах линейной части статической характеристики дроссель­ ного МУ он может с достаточной достоверностью рассматриваться как апериодическое звено первого порядка с передаточной функцией

Дроссельный МУ позволяет снимать небольшую мощность на вы­ ходе, так как материал сердечника в нем используется не полностью. Поэтому в практике систем электрорадиоавтоматики находят приме­

ложное направление.

К техническим достоинствам МУ следует отнести простоту электри­ ческой схемы усиления сигналов даже с весьма низким уровнем по мощности (до ІО- 1 2 вш) при отсутствии в МУ движущихся частей. Под­ робнее с магнитными усилителями МУ можно ознакомиться в [23, 28, 31].

Электромашинные усилители с поперечным полем. В электриче­ ских САУ в качестве усилителей мощности нередко используются элек­ тромашинные усилители (ЭМУ) с поперечным магнитным полем. По своему устройству они представляют вращающиеся генераторы посто­ янного тока, которые значительно повышают уровень сигнала на вы­ ходе ЭМУ за счет преобразования механической энергии приводного электродвигателя. Управление этим преобразованием осуществляется магнитным полем входного сигнала (іу) с управляющей обмотки 1Уу. На рис.'бЗ приведена схема двухкаскадного ЭМУ с продольно-попереч­ ным возбуждением, в котором два каскада усилителя конструктив­ но объединены в одноякорном генераторе постоянного тока. Он враща­ ется приводным электродвигателем.

Магнитный поток Фу, создаваемый в маломощной обмотке продоль­ ного возбуждения, который усиливается сигналом іу, вызывает по­ явление во вращаемом якоре ЭМУ поперечной э. д. с., приложенной

126

к поперечным щеткам q — q. Она создает в замкнутой цепи последних поперечный ток I qy который в свою очередь вызывает появление не­ подвижного в пространстве магнитного потока поперечной реакции якоря Фд. Итак как этот поток пересекает витки вращаемой обмотки якоря, то в ней индуктируется продольная

э. д. с. F.d, приложенная к щеткам d — d,

лю, т. е. усиление в ЭМУ прекратится.

Чтобы это предотвратить, на полюсах магнитопровода ЭМУ размеща­ ют компенсационную обмотку WK, включенную последовательно с про­

Коэффициент усиления ЭМУ по мощности может достигать значе­ ний 5 000—10 000.

При использовании в системах электрорадиоавтоматики ЭМУ данного вида может рассматриваться как последовательное соединение двух апериодических звеньев первого порядка с общей передаточной функцией

127