Файл: Андрющенко, В. А. Автоматизированный электропривод систем управления учеб. пособие.pdf

2. Входное сопротивление усилителя должно быть согласовано

свыходным сопротивлением чувствительного элемента системы.

3.Ввиду того что помехи любого вида при недостаточной зоне линейности характеристики усилителя снижают коэффициент уси­ ления и тем самым способствуют увеличению статических и дина­ мических ошибок привода, одним из важных требований к предва­ рительному усилителю является его достаточная помехозащищен­ ность.

4.Иногда в схеме усилителя требуется предусмотреть дополни­ тельные входы для подключения корректирующих параллельных или обратных связей.

5.Зона-линейности выходной характеристики предварительного усилителя должна соответствовать зоне линейности усилителя мощности.

Напомним, что разработка схемы и расчет предварительного усилителя выполняются после синтеза корректирующих устройств замкнутой системы электропривода.

В автоматизированных электроприводах применяются следую­ щие типы усилительных устройств: транзисторные; на управляе­ мых диодах (тиристорах); магнитные; электромашинные; на элек­ тровакуумных лампах; электромагнитные муфты; релейные вибра­ ционные усилители. Во многих приводах используется комбинация из перечисленных усилителей.

Выбор усилительного устройства автоматизированного электро­ привода систем управления определяется многими факторами:

1) типом исполнительного электродвигателя и чувствительного элемента системы (величиной входного и выходного сигналов);

2)допустимой инерционностью;

3)условиями эксплуатации (температурой, давлением и влаж­ ностью окружающей среды, перегрузками, вибрацией и т. п.);

4)эксплуатационными требованиями (допустимыми габаритами

ивесом, временем подготовки усилителя к работе, требующейся на­ дежностью) ;

5)возможностью суммирования входных и корректирующих сигналов.

типом предварительных усилителей замкнутых систем электропри­ водов; в маломощных электроприводах они часто используются и в качестве усилителей мощности. Транзисторные усилители, ра­ ботающие в линейном режиме, могут быть изготовлены на мощ­ ность от долей ватта до десятков ватт; в ключевом режиме мощность на выходе транзисторного усилителя достигает сотен ватт.

ностью усиливать весьма малые сигналы, незначительной инер­ ционностью, мгновенной готовностью к работе. При разработке

транзисторных усилителей необходимо считаться со значительным технологическим разбросом и существенной температурной зависи­ мостью характеристик транзисторов. Схема транзисторного усили­ теля должна быть построена так, чтобы исключить необходимость трудоемкой регулировки режимов и обеспечить применение тран­ зисторов без индивидуального подбора. Правильно спроектирован­ ный транзисторный усилитель обладает вполне достаточной ста­

(к. п. д. достигает 99%); незначительная инерционность; хорошие экспериментальные качества (большая надежность, малые габариты и вес, постоянная готовность к действию, относительно большой допустимый интервал рабочих температур —60°-г--4- 150° С, ме­ ханическая прочность).

К недостаткам тиристорных усилителей можно отнести сравни­ тельную сложность схемы управления, некоторую зависимость параметров от температуры и ограниченную перегрузочную способ­ ность.

Э л е к т р о н н ы е у с и л и т е л и применяются в усили­ тельных устройствах автоматизированных электроприводов, глав­ ным образом, в качестве каскадов предварительного усиления. В маломощных электроприводах от долей ватта до нескольких де­ сятков ватт электровакуумные лампы используются и в усилителях мощности.

К достоинствам электронных усилителей следует отнести: боль­ шой коэффициент усиления; малую инерционность; высокое вход­ ное сопротивление; относительно высокую стабильность рабочих характеристик, практически не изменяющихся под воздействием окружающей среды.

Основным недостатком электронных усилителей является ма­ лая надежность, обусловленная наличием цепей накала и малой механической прочностью, что затрудняет их применение в устрой­ ствах, подвергающихся значительным вибрациям, ударам и т. д. Кроме этого, следует отметить сравнительно большой технологи­

началом работы.

М а г н и т н ы е у с и л и т е л и находят широкое примене­ ние в автоматизированных электроприводах в качестве суммирую­ щих предвыходных и мощных выходных каскадов комбинирован­ ных усилителей. На практике преимущественно используются

98

венно меньшей инерционностью, сравнительно с однокаскадными при одинаковой мощности и коэффициенте усиления. В магнитных усилителях мощности применяются почти исключительно двухтактные каскады, которые выполняются по мостовой, дифферен­ циальной и трансформаторной схемам с внешней или внутренней положительной обратной связью. Внешняя обратная связь чаще применяется при больших выходных напряжениях и малых токах, а внутренняя — при малых напряжениях и больших токах. В по­ следние годы все более широко используются быстродействующие усилители, постоянная времени которых имеет величину порядка одного периода частоты питающего напряжения. Основными до­ стоинствами магнитных усилителей являются: большой коэффи­ циент усиления и перегрузочная способность; высокая чувствитель­ ность для сигналов постоянного тока; готовность к работе сразу после включения питания; большая вибро- и ударостойкость; про­ стота суммирования нескольких сигналов; простота и надежность конструкции, большой срок службы.

К недостаткам магнитных усилителей следует отнести: малое

наиболее часто применяемыми усилителями мощности для управ­ ления электродвигателями постоянного тока мощностью от десятков ватт и более.

К достоинствам наиболее распространенных ЭМУ с поперечным полем следует отнести: большой коэффициент усиления мощности; сравнительно небольшую инерционность; малое выходное сопро­ тивление; простоту суммирования нескольких входных сигналов.

Электромашинному усилителю присущи и недостатки: значи­ тельный разброс характеристик (до ± 30%) и изменение их с те­ чением времени; необходимость тщательного ухода за щетками и коллектором во время эксплуатации; сравнительно большой вес и габариты.

Для повышения стабильности характеристик ЭМУ часто охваты­ вают жесткой отрицательной обратной связью по напряжению; попутно отрицательная обратная связь увеличивает быстродейст­ вие электромашинного усилителя.

Вавтоматизированных электроприводах ЭМУ работают обычно

снебольшой недокомпенсацией; это предотвращает возникновение слабо затухающих колебательных процессов и облегчает стабили­ зацию замкнутого привода. В недокомпенсированном усилителе поток по продольной оси зависит от величины выходного тока (тока электродвигателя). Поэтому ЭМУ с неполной компенсацией не мо­ жет считаться звеном направленного действия и его динамические характеристики зависят от нагрузки.

л и н е й н ы м и усилителями с очень малым, практически равным нулю внутренним сопротивлением; высоким коэффициентом усилетшя по мощности и близким к единице коэффициентом полезного действия. Они находят применение в маломощных автоматизирован­ ных электроприводах в качестве усилителей мощности, работающих ша исполнительный двигатель, или в предвыходных каскадах в ком­ бинации с тиристорными схемами.

Существенным недостатком релейных вибрационных усилителей является наличие контактов, понижающих надежность системы. При работе вибрационного усилителя на индуктивную нагрузку (чаще всего — обмотку якоря двигателя) возникает искрение, при­ водящее к обгоранию и спеканию контактов и к появлению интен­ сивных помех, экранирование которых — весьма сложная задача. Поэтому в релейных вибрационных усилителях необходимо при­ менение специальных искрогасящих схем; очень желателен пере­ ход на бесконтактные релейные элементы (динисторы или тири­ сторы).

Э л е к т р о м а г н и т н ы е м у ф т ы разных типов (ферропорошковые, индукционные, фрикционные) используются в каче­

надежности; на характеристики электромагнитной муфты практи­ чески не влияют изменения температуры, влажности, атмосферного давления. Однако характеристики порошковых муфт изменяются с течением времени вследствие старения наполнителя, а фрикцион­ ные муфты подвержены значительному износу.

Отметим, что электропривод, в котором работает ферропорошковая муфта, представляет собой системы регулирования с астатизмом второго порядка.

В автоматизированном электроприводе кроме основных элемен­ тов (чувствительного элемента, исполнительного электродвигателя, усилителя) применяется ряд вспомогательных устройств, без ко­ торых в большинстве случаев невозможна нормальная работа си­ стемы. К наиболее часто встречающимся вспомогательным устрой­ ствам относятся: преобразователи постоянного напряжения в пере­ менное (модуляторы); фазочувствительные выпрямители (демоду­ ляторы); фазовые дискриминаторы; согласующие устройства (ка­ тодные и эмиттерные повторители); фазосдвигающие цепи; сумми­ рующие устройства; схемы амплитудного ограничения; синхрони­ зирующие устройства.

100

М о д у л я т о р ы предназначены для преобразования мед­ ленно меняющегося сигнала постоянного тока в переменное напря­ жение, амплитуда и фаза которого соответственно определяются величиной и полярностью сигнала постоянного тока. Частота пере­ менного напряжения определяется частотой коммутирующего (опор­ ного) напряжения.

Д е м о д у л я т о р ы осуществляют обратное преобразование сигнала переменного тока в постоянное (пульсирующее) напряже­ ние, величина и полярность которого соответственно зависят от амплитуды и фазы сигнала переменного тока.

Применение демодуляторов и модуляторов в схемах автомати­ зированного электропривода переменного тока дает возможность, выполнить коррекцию на постоянном токе с помощью /?С-цепей значительно более простых, чем корректирующие звенья этого же

снижения уровня квадратурной помехи до допустимой величины. Э м и т т е р н ы е и к а т о д н ы е п о в т о р и т е л и ис­ пользуются для согласования входных и выходных сопротивлений элементов автоматизированного электропривода как на перемен­

ном, так и'на постоянном токе.

Ф а з о с д в и г а ю щ и е ц е п и обеспечивают правильные фазовые соотношения между различными переменными напряже­

ческих перегрузок. Схемы ограничения могут быть выполнены на электронных, полупроводниковых или магнитных элементах.

П е р е к л ю ч а ю щ и е (синхронизирующие) у с т р о й ­ с т в а обеспечивают последовательность работы точного и грубого каналов многоотсчетного автоматизированного электропривода с механической редукцией.

§ 23. О П Р Е Д Е Л Е Н И Е Т Р Е Б У Ю Щ И Х С Я З Н А Ч Е Н И Й П Е Р Е Д А Т О Ч Н Ы Х К О Э Ф Ф И Ц И Е Н Т О В

На данном этапе расчета необходимый передаточный коэффициент разомкнутого автоматизированного электропривода определяется допустимой величиной ошибки в типовом установившемся режиме работы. В качестве такого режима для статических систем обычно задается неизменность управляющего g (t) и возмущающих /,• (t) воздействий, т. е.

l o i