lektsii_EMS
.pdf31
Лекция №7
Принцип работы схемы управления
Схема управления работает по вертикальному принципу
Сравнение входного, относительно медленно изменяющегося сигнала с пилообразным сигналом, задаваемым генератором с интегрирующим выходом, происходит на компараторе. Если входной сигнал превышает сигнал пилы, то компаратор открыт, если
наоборот – закрыт.
Сигнал с компаратора через оптопару открывает первый транзистор и не дает открываться второму транзистору. Этим самым исключается короткое замыкание источника. То же самое происходит с третьим и четвертым транзисторами
Оптопара необходима для гальванической развязки управляемой схемы и силовой.
32
При росте Uвх ширина импульсов растет, при уменьшении - сужается.
Временные диаграммы иллюстрируют этот эффект. Отметим, что частота следования токовых импульсов получается в два раза выше чем частота импульсов, задаваемая генератором. В этом несложно убедиться, если построить временные диаграммы для всех управляющих сигналов на одном графике, как это приводится в методических указаниях по курсовому проектированию.
Схема блока управления представлена ниже.
При расчете усилителя мощности принимают наибольшую относительную замкнутость ключей моста m=0,9 и наибольшее значение напряжения предварительного усилителя Uпу мах=10В.
Напряжение питания моста U0 и максимальный ток коллекторов транзисторных ключей в режиме пуска Ik мах.
Uо |
U |
ум |
;I к мах |
αIдв.ном . |
||
|
|
|
||||
τm |
||||||
|
|
|
|
Напряжение выпрямителей цепей фототранзисторов равно Ub=10B, а добавочные сопротивления выбираются из условия:
ry = Ub / Iфт. доп< rу < Ub / I мах.
Блок управления работает по вертикальному
принципу. Мультивибратор МВ, настроенный на
частоту f0=400Гц, вырабатывает на вторичных обмотках напряжение в форме
меандра.
33
Широтно-модулированные импульсы подаются на светодиоды
оптопары. Для обеспечения требуемого закона модуляции управляющих
напряжений ключей моста применяется инвертирование. Опорное
напряжение инвертируется инвертором на операционном усилителе ОУ2, а
выходные сигналы компараторов логическими элементами «НЕ».
Графики сигналов представлены далее.
Период чередования импульсов напряжения на нагрузке равен полупериоду меандра Тм=1/(2.f0)=1,25.10-3с.
Выходные напряжения компараторов и логических элементов подаются на светодиоды оптопар ОП1-ОП4. Напряжения управления Uу1-Uу4, подводимые к транзисторам моста, повторяют в определенном масштабе форму импульсов на светодиодах Uд1-Uд4 и соответствуют состояниям проводимости транзисторных ключей моста.
Выбирают Ur = 10В и ёмкость интегратора С = 0,1 мкф = 10-7 ф. Амплитуда опорного напряжения равна Ur. Постоянная времени
интегратора Tи=1/Kи=R.C |
определяется из условия: |
|
2 Ur |
Tи |
|
KиUrdt. |
|
|
|
0 |
|
34
Графики входных и выходных сигналов
Коэффициент усиления УМ:
Kу Uум Uпумах .
35
Лекция №8
Усилитель мощности для асинхронного двухфазного двигателя
Uсети Umax sin сетиt
Uвх A(t)sin( сетиt ),
где 0или
При направление вращения изменяется на противоположное.
A(t) - переменная
- несущая частота
Kус
Wус kусе j
Дополнительный фазовый сдвиг
несущей частоты в сторону отставания от сети в передаточной функции усилителя обусловлен индуктивностью обмотки управления двигателя. Это
явление существенно снижает КПД двигателя.
Подобное отставаниеотставание будет скомпенсировано эквивалентным опережением в передаточной функции усилительнопреобразовательного устройства позже.
36
Усилитель мощности для асинхронного двухфазного двигателя это – усилитель переменного тока с относительно невысокой полосой частот вокруг несущей сетевой частоты. Для реализации такого усилителя не подходит усилители класса А, в которых в отсутствии входного сигнала протекают значительные токи через переход «коллектор –эмиттер». Эти токи определяют положение рабочей точки.
Схема усилителя в классе А и положение его рабочей точки представлены на верхнем рисунке, а на нижнем – схема двухтактного усилителя, в котром транзисторы работают в классе В. При этом, в отсутствии входного сигнала, потребляемый усилителем ток будет минимальным.
37
38
При расчете следует имеет в виду, что входной сигнал на усилитель подается с выхода операционного усилителя УПУ. Операционный усилитель (ОУ) для своей нормальной работы требует сопротивление нагрузки не менее 2кОм. При этом действующее значение входного сигнала (выход ОУ) ограничено 5В.
Таким образом, дано: Rвх min ; Uвх max
Uвых max ; Ry ; Xy .
Последовательность расчета: -выбираем: VT ;
-ищем: U0 , Rэ , n1 , n2 , Rвх
39
Лекция №9
Схема двухтактного транзисторного УМ, работающего в классе B, Представлена на рисунке ниже. УМ нагружен на обмотку управления двигателя. Нагрузка замещается последовательно включёнными активным Rу и реактивным Xу сопротивлениями. Входной сигнал на переменном токе поступает от предварительного усилителя, в качестве которого рекомендуется операционный усилитель К140УД7. Напряжение насыщения
и допустимое минимальное сопротивление нагрузки операционного усилителя составляют Us=11,5B и Rк min=2kOм.
При номинальном напряжении на обмотке управления Uу ном амплитуда входного сигнала должна быть меньше Us. Рекомендуется принять наибольшее действующее значение Uпу мах = 5В.
Комплексный коэффициент усиления УМ на несущей частоте 0=2 f0
(f0=400 Гц):
Wум jω Uу jω Kум ejΨ1 ω , Uпу jω
где
Кум |
|
U |
уном |
; |
Ψ1 |
arctg |
Xу |
. |
|
|
Rу |
||||||
|
Uпумax |
|
|
|
|
Фазовый сдвиг 1 между входным и выходным сигналами УМ компенсируется фильтром предварительного усилителя. Таким образом, УМ и ПУ можно рассматривать по отношению к огибающей сигналов как безинерционные звенья с коэффициентами усиления Kум и Kпу.
Задаются КПД трансформаторов Тр1 и Тр2:
η1 Rэβ (rR2э βr1n12 )Тр1 ;η2 Rу (r2Rуr1п22 )Тр2 ,
40
где: r1 и r2 – сопротивления первичной и вторичной обмоток соответствующих трансформаторов,
n1=(w2/w1)Тр1 ; n2=(w2/w1)Тр2 – коэффициенты трансформации,
- коэффициент усиления по току транзистора в схеме с общим эмиттером.
Принимают Rэ’=Rэ.n22 = 0,1RУ и находят КПД коллекторной цепи.
ηK |
|
|
|
Rу |
|
|
|
|
1 |
0,83. |
R R |
' |
(r rn2) |
|
R |
' |
|
||||
|
Тр2 |
|
1 |
|||||||
|
у |
э |
|
2 1 2 |
|
у |
R |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
η2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
у |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поясним представленные выше соотношения.
В расчете задаются КПД трансформаторов и КПД коллекторной цепи транзисторов. Расшифруем соттношения для них:
n2 |
|
|
Ry |
R |
y |
r rn2 |
|
|
|
2 1 2 |
n |
W2 |
|
E2 |
|
I1 |
|
W |
E |
|
||||
2 |
|
|
I |
2 |
||
|
1 |
1 |
|
|
Uy E2 |
|
Ry |
|
R |
y |
r |
|
|
|
2 |
E U1 I1r1 E1 I2n2r1 n2
2
E2 U1n2 |
|
|
r2 Ry |
|
||
|
r R |
y |
n2r |
|||
2 |
|
2 |
1 |
|||
Uy U1n2 |
|
Ry |
|
|||
r R |
y |
n2r |
||||
2 |
|
2 |
1 |
P U2
E |
2 |
n r |
E |
2 |
|
E2 Ry r2 n22r1 |
|
r2 Ry |
2 1 |
n2 |
|
n2 |
r2 Ry |
RэU2 0,1Ry
R