Контрольные вопросы

1. Источник сигналов ОС.

2. Схема замещения узла суммирования.

3. Назначение элементов схемы.

4. Создание обратной связи по току.

5. Создание отсечки по току.

6. Работа узла потенциометрической отсечки.

7. Назначение нелинейных элементов,

Лабораторная работа №3 Фазочувствительный выпрямитель

Цель работы: Изучить назначение, устройство и принцип действия фазочувствительного выпрямителя.

Фазочувствительный выпрямитель

Фазочувствительный выпрямитель предназначен для преобра­зования переменного напряжения, поступающего с выхода сель­синного командоаппарата или трансформаторной схемы сель­синного измерительного устройства, в постоянное напряжение, полярность которого соответствует знаку, а значение пропор­ционально углу отклонения рукоятки командоаппарата θ или сигналу рассогласования измерительного устройства δ.

Функциональную схему, которая приведена на рис. 7, имеют фазочувствительные выпрямители, работающие с сельсинными командоаппаратами. В составе устройства два выпрямителя UZ1, UZ2 и сумматор AW. Выход командоаппарата (выводы сельсина 1-3) подключен к входным точкам фазочувствительного выпрямителя, имеющим соответствующие номера.

Рис. 7 Функциональная схема фазочувствительного

выпрямителя UB.

Р

6

+ (-)

ис. 8 Принципиальная схема фазочувствительного выпрямителя UB.

Если пренебречь падением напряжения на внутреннем сопро­тивлении фазных обмоток сельсина, то U_Bx1 = e_1,2, а u_вх2 = е_3,2. Напряжения на выходе выпрямителей UZ1, UZ2 равны:

U_a,b = k_cxU_вх1; U_cb = k_cxU_вх2,

где U_вх1, U_вх2 - действующие значения напряжений на входе устройства; k_cx - коэффициент усиления схемы выпрямления UZ1, UZ2.

Полученные напряжения U_аь и U_cb подаются на вход сумма­тора AW, который производит следующую операцию:

, (1)

где k_Aw - коэффициент усиления AW; Е₁,₂ = Е₁ - Е₂; E_3,2 = E₃ - E₂;

Е_1,3 = Е₁ - Е_з - амплитуды линейных ЭДС; E₁ - E₃ - амплитуды фазных ЭДС сельсина.

Напряжение на вы­ходе фазочувствительного выпрямителя в зависимости от угла поворота ротора сельсина командоаппарата изменяется по за­кону

. (2)

В ряде схем САУ главными электроприводами роторных экс­каваторов при возбуждении генераторов от ТП применяется типовой блок фазочувствительного выпрямителя, принципиальная схема которого приведена на рис. 8. На входе схемы имеются два распределительных трансформатора TV1, TV2, напряжение вто­ричных обмоток которых выпрямляется диодными мостами UZ1, UZ2 и сглаживается конденсаторами C1, C2. Суммирование вы­прямленных напряжений U_аь и U_cb (блоки UB имеют постоянные перемычки между выводами 4, 8 и 5, 9.) потенциальное на со­противлениях нагрузки выпрямителей R1, R2.

При θ = 0 токи, протекающие через R1 и R2, практически равны и направлены встречно. В этом режиме регулировкой R1 и R2 на их движках устанавливаются относительно точки b оди­наковые потенциалы, следовательно, U_вых = 0. Отклонение руко­ятки командоаппарата в зависимости от знака θ приводит к уменьшению тока через один из резисторов и к увеличению через другой. На движках резисторов R1, R2 появляется раз­ность потенциалов в соответствии с (2).

Резисторы R1, R2 одновременно являются разрядными для накопительного конденсатора С задатчика интенсивности, который подключается к выходу схемы, а диоды VD1, VD2, шунтирующие R1, R2, предназначены для исключения одного из этих резисторов из цепи разряда накопительного конден­сатора. Резистор R3 служит для ограничения тока нагрузки фазочувствитель­ного выпрямителя.

С современных САУ главными электроприводами роторных экскаваторов принципиальные схемы фазочувствительного выпря­мителя построены с применением интегральных операционных усилителей (ОУ). Функционально эти блоки также состоят из двух выпрямителей UZ1, UZ2 и сумматора AW.

На рис. 9 приведена схема применительно к выпрямителю UZ1

(UZ2 имеет такую же схему). Выпрямитель двухполупериодный, собран на ОУ DA1, DA2 и имеет активный низкочастотный фильтр на выходе (ОУ DA3). Все ОУ вклю­чены в инвертирующем режиме.

Рис. 9 Принципиальная схема выпрямителя UZ.

Из принципиальной схемы выпрямителя видно, что ОУ DA1 охвачен двумя отрицательными ОС: по положительному напря­жению на его выходе через диод VD1 и резистор R_о,с1 и по отри­цательному через VD2 и Р_о.с2. Коэффициенты усиления DA1 Р_о,с1/R_вх1 и R_o.c2/R_вх1 одинаковы.

На выходе DA1 в точке d выде­ляется положительное, а в точке f отрицательное выпрямленное напряжение (рис. 10, г).

Входное напряжение u_вх1 и напряжение u_f суммируются на ОУ DA2, причем коэффициенты усиления по входам DA2 имеют следующее соотношение:

Н а рис. 10 приведены диаграммы, поясняющие работу данного фазочувствительного вы­прямителя, для чего показаны следующие временные зависи­мости: напряжение u_п, питающее сельсин командоаппарата (рис. 10, а); угол поворота ротора сельсина θ (рис. 10, б); напряжения на входе выпрямителей UZ1 и UZ2 u_вх и u_вх2 соот­ветственно (рис. 10, в); напряжения в точке f схемы UZ1 (рис. 10, г), точке d схемы UZ2 (рис. 10, д) и точках h UZ1 и UZ2 (рис. 10, е) (последние напряжения при отсутствии пере­мычек между h и j); напряжения U_ab и U_cb на выходе UZ1 и UZ2 и их сумма U_вых = U_ab + U_cb (рис. 10, ж), получаемая на выходе сумматора AW. Штриховыми линиями на рис. 10 изо­бражены зависимости, относящиеся к выпрямителю UZ2.

П

Рис.10 Диаграммы, поясняющие работу фазочувствительного выпрямителя UB.

оскольку полуволны выпрямленного напря­жения u_вх1 отрицательны и нахо­дятся в противофазе с положи­тельными полуволнами напряже­ния u_вх1, то при указанном соот­ношении коэффициентов усиле­ния

с учетом инвертирующих свойств DA2 их суммирование дает двухполупериодное выпрям­ленное напряжение u_h (рис. 10, е).

При установленной перемычке между точками схемы j и h ОУ DA2 имеет передаточную функцию апериодического звена с постоянной времени R_o,c3C_o,c1, и тогда напряжение u_h предва­рительно фильтруется усилителем DA2. Дополнительно выпрям­ленное напряжение сглаживается активным фильтром, реализо­ванным на DA3, и поступает на выход схемы выпрямителя в виде напряжения U_ab, практически не имеющего пульсаций.

Р ис. 11. Принципиальная схема сумматора AW.

Регулируемый резистор R1 служит для установки нуля на выходе DA3 при u_вх1 = 0, а резистор R2 — для настройки коэффициента усиления схемы выпрям­ления k_сх, С_k—является конденсатором коррекции.

Выпрямитель UZ2 отличается от рассмотренного лишь тем, что перемычка в схеме устанавливается между точками е и d, а не между е и f. Это приводит к изменению полярности выходного напряжения схемы (рис. 9).

На рис. 11. дана принципиальная схема сумматора AW, который используется в рассматриваемом фазочувствительном выпрямителе для суммирования напряжений U_ab и U_cb и в других блоках схем управления электроприводами, например, как сумматор сигналов управления и обратных связей. Сумматор имеет десять входов, алгебраическое суммирование сигналов которых производится на инвертирующем входе ОУ DA. Выход усилителя подключен к реверсивному усилителю мощности, собранному на транзисторах VT1—VT4, который позволяет при установленной перемычке между точками 7 и 10 использовать сумматор как релейный детектор полярно­сти алгебраической суммы входных сигналов. В зависимости от полярности вы­ходного напряжения DA ток протекает через диод VD1 или VD2 и срабатывает соответственно реле К1 или К2.

В рассматриваемой схеме резистором R1 производится установка требуе­мого коэффициента усиления суммарного сигнала, резистором R2 вводится сиг­нал смещения на вход DA или устанавливается U_вых = 0 при равных нулю вход­ных сигналах. Диоды VD1, VD2 обеспечивают защиту входных цепей микро­схемы DA от перенапряжения при работе ОУ в режиме насыщения. Конденса­тор С_k является корректирующим.

В схемах управления электроприводами при использовании трансформаторной схемы сельсинного измерительного устройства, когда требуется информация не только о значении, но и знаке угла рассогласования роторов датчика и приемника, в каче­стве фазочувствительного выпрямителя ис­пользуется двухполупериодный ключевой демодулятор, принци­пиальная схема которого дана на рис. 12, и временные диа­граммы (рис. 13), поясняющие его работу.

Схема состоит из двух ключей: S1, S2. Ключ S1 выполнен на транзисторах VT1, VT2, ключ S2—на транзисторах VT3, VT4. Коммутирующее напряжение u_п, зависимость которого от вре­мени показана на рис. 13, а, подводится к первичной обмотке трансформатора TV2. Напряжением вторичных обмоток TV2 со­здаются токи в базах транзисторов VT1—VT4, которые рабо­тают в ключевом режиме. Транзисторы имеют р-п-р проводи­мость и, следовательно, открываются при отрицательном по отношению к эмиттеру потенциале на базе. Токи в базах тран­зисторов ограничиваются резисторами R1—R4.

Схема включения вторичных обмоток трансформатора TV2 такова, что каждую половину периода изменения u_п отрицатель­ное напряжение поочередно прикладывается сначала к базам VT1, VT2, затем к VT3, VT4. Соответствующая диаграмма со­стояния ключей S1, S2, показывающая, в какой период времени и в каком порядке чередуются состояния максимального и ми­нимального сопротивлений между точками а и b и точками с и d схемы, приведена на рис. 13, б.

Входное переменное напряжение u_δ, поступающее с обмотки возбуждения сельсина-приемника BE трансформаторной схемы на первичную обмотку TV1, имеет частоту коммутирующего напряжения u_п и изменяется в фазе или противофазе с ним, а также зависит от угла рассогласования. На рис. 13, в, показана произвольно выбранная временная зависимость δ, а на рис. 13, г, даны соответствующие ей кривые мгновенных зна­чений напряжения и_ао и u_со на вторичных обмотках трансфор­матора TV1.

Рис. 12 Принципиальная схема двухполупериодного

ключевого демодулятора.

При отсутствии входного напряжения u_δ напряжение на вы­ходе практически равно нулю, если не учитывать небольшой небаланс, вызываемый коммутацией транзисторов. Если появ­ляется u_δ, полярность которого для первого полупериода, на­пример, будет соответствовать положительной полуволне u_ао (+ в точке а), транзисторы VT3, VT4 открыты (S2 замкнут), а VT1, VT2 закрыты (S1 разомкнут), то напряжения на выходе U_вых1, U_вых2 и U_выхз будут иметь полярность, обозначенную на схеме без скобок. Для следующей полуволны u_δ положительным будет u_co (+ в точке с), S1 замкнут, а S2 разомкнут и поляр­ность выходных напряжений не изменится.

При смене фазы u_δ на противоположную по отношению к фазе u_п в период замкнутого состояния S2 полярность u_ao станет отрицательной ( - в точке а), а при замкнутом S1 будет отрицательным u_со ( - в точке с), и, следовательно, выходные на­пряжения U_вых1 и U_вых2 изменят свою полярность на ту, которая указана на схеме в скобках.

Рассматриваемая схема имеет реверсивный выход (точки 6, 7) и неревер­сивный выход, получаемый с помощью выпрямительного моста (точки 8, 9). Если необходим реверсивный выход с зоной нечувствительности, то используются точки 1 и 6. Зона нечувствительности создается за счет прямого падения на­пряжения на диодах VD1 - VD Конденсатор С и сопротивление резистора R5 образует фильтр выпрямленного напряжения.

Рис. 13 Диаграммы, поясняющие работу демодулятора.

На рис.13, д, показана кривая выходного напряжения схемы U_вых2, имеющего следующую зависимость от угла рассогласования δ:

U_вых2 = ( )κ·δ,

где κ_сх – коэффициент передачи схемы выпрямления.