Sb97583

Коэффициент передачи чувствительного элемента в этом случае определяется по формуле

питания ВТ. В случае линейного представления коэффициента передачи ЧЭ максимальное значение угла рассогласования выбирается не более 30°. Данные ВТ приведены в прил. 3.

Рис. 4.1

Согласование вращающегося трансформатора с элементами схемы системы управления осуществляется с помощью операционных усилителей

(ОУ).

5.ВЫБОР И РАСЧЕТ ДЕМОДУЛЯТОРА

Кпреобразовательным элементам в следящих системах относятся модуляторы и демодуляторы (фазочувствительные выпрямители, ФЧВ). Для их работы необходимо наличие коммутатора, проводимость которого изменяется в соответствии с изменением знака опорного напряжения. В качестве коммутаторов используются транзисторы.

На рис. 5.1 приведена схема двухполупериодного демодулятора на транзисторах, работающих в ключевом режиме [1]. Коэффициент передачи функция демодулятора, как отношение выходного напряжения к амплитудному значению входного напряжения, имеет вид

11

KФЧВ = 2 π2 kтр ,

где kтр – коэффициент трансформатора Tp1.

Схема модулятора-демодулятора на операционных усилителях приведена на рис. 5.2 [1].

В режиме « демодулятор» на вход 1 операционного усилителя DA1 подается амплитудно-модулированный управляющий сигнал переменного тока. На вход 2 транзистора VТ1 подается опорное напряжение с несущей частотой управляющего сигнала. При положительном потенциале на базе транзистора VТ1 последний будет находиться в открытом состоянии и шунтировать на « общий» провод неинвертирующий вход операционного усилителя DA1. В этот период времени управляющий сигнал инвертируется. При отрицательном потенциале на VТ1 транзистор находится в отсечке и полезный сигнал проходит на выход 3 без изменения.

Коэффициент передачи усилителя определится следующим образом. Когда ключ VТ1 замкнут, коэффициент усиления по инвертирующему

входу DA1 определяется по формуле

Равенство усиления полезного сигнала при двух состояниях ключа VТ1 определяется из условия

β = 1+ αβ ,

12

откуда для требуемого коэффициента усиления схемы β следует искомое значение параметра α = β(β − 1) . Если выбрать коэффициент усиления схемы β = 1, тогда из рассмотренного условия получается равенство α = ∞ .

Выбор сопротивления R2 определяется из условия R2 = R || αR || βR .

Выбор сопротивления R1 определяется на основании выбранного тока коллектора транзистора VТ1.

6.ВЫБОР И РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ

6.1.Транзисторные широтно-импульсные преобразователи

Вмаломощных следящих системах для импульсного управления двигателями постоянного тока используются мостовые транзисторные широтно-импульсные преобразователи (ШИП) [7], [8], питающиеся от источника постоянного напряжения. Основой ШИП являются силовые транзисторные ключи (ТК), представляющие собой усилители мощности, работающие в ключевом режиме.

Ключевой режим работы транзистора позволяет выделять в нагрузке гораздо большую мощность по сравнению с активным режимом при той же мощности рассеяния на транзисторе. Импульсное напряжение в нагрузке формируется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Сформированный ШИМ сигнал является результатом сравнения на

компараторе линейно изменяющегося опорного напряжения (« пилы») Uоп и

сигнала управления Uу.

Частота « пилы» ограничена предлагаемым частотным диапазоном – от 2 до 5 кГц.

Функциональная схема ШИП представлена на рис. 6.1, а. Она содержит мост из четырех ключей ТК1–ТК4. В одну диагональ моста, включен якорь электродвигателя, к другой диагонали подключено напряжение питания Е = 1,1 UЯ. Транзисторные ключи ТК1–ТК4

управляются однополярными импульсами U1, U2, U3, U4. Импульсы формирует компаратор К по результату сравнения опорного напряжения и напряжения управления, принимающего как положительные, так и отрицательные значения.

13

U1

t

U2

t

U3

t

U4

t

UЯ

t

б

Рис. 6.1

14

Ширина импульсов gТ определяется уровнем управляющего напряжения UУ, сравниваемого на компараторе с опорным пилообразным напряжением, вырабатываемым генератором пилообразного напряжения

(ГПН) с частотой переключения ¦оп = 1/T.

В схеме реализован способ управления ШИП по цепи якоря, когда все транзисторные ключи находятся в состоянии переключения. Напряжение на якоре двигателя представляет собой знакопеременные импульсы, длительность которых регулируется входным сигналом управления.

Среднее напряжение Uя на выходе ШИП равно нулю при UУ = 0, при этом относительная продолжительность включения транзисторов g схемы составляет g0 = 0,5 Т / Т = 0,5 ( 0 ≤ g ≤ 1). Временные диаграммы работы ШИП приведены на рис. 6.1, б.

Реверсирование в якоре двигателя происходит при смене знака управления UУ. Знак напряжений на якоре Uя в диаграмме (рис. 6.1, б) при реверсе двигателя изменится на противоположный.

Схема реализации реверсивного ШИП с двигателем постоянного тока показана на рис. 6.2 и 6.3.

ГПН представляет собой мультивибратор на операционном усилителе

DA1 (рис. 6.2).

R2

С инвертирующего входа DA1 снимается пилообразное опорное

напряжение Uоп с частотой

¦оп = [2 R3 C1 ln (1 + 2 R1 / R2)] –1.

15

Уровни срабатывания триггера Шмитта схемы, которые определяют высоту « пилы», составляют

Uоп max = R1 / (R1 + R2) Uвых max ;

Uоп min = R1 / (R1 + R2) Uвых min ,

где Uвых max , Uвых min – уровни насыщения операционного усилителя. Так как емкость С1 заряжается и разряжается по экспоненте, рекомендуется выбирать начальный линейный участок кривой заряда конденсатора, что соответствует уровню (0,1…0,2) Uвых max (min).

Дальнейшее усиление до уровня 5…10 В следует выполнить на инверторе DA2. Выходное напряжение UШИМ компаратора DAЗ (рис. 6.2)

гальванически развязано с силовыми транзисторными ключами ТК1–ТК4 за счет введения оптронов (получивших название оптопар) VD1–VD4 (рис. 6.3). Фотоэлектрические приборы, реализованные на диодах, включены в коллекторные цепи усилителей на транзисторах VT1 и VT2.

ТК1–ТК4 представляют собой однотипные усилители мощности импульсов. Выходные каскады ТК1, ТК3 и ТК2, ТК4 выполнены на транзисторах с разным типом проводимости. У всех ТК входные усилители импульсов реализованы на микросхеме К249ЛП с оптопарой на входе.

Импульсы управления транзисторными ключами U1–U4, изображенные на рис. 6.1, б, соответствуют открытому состоянию выходных транзисторов

VT7, VT8, VT14, VT15 ТК1–ТК4.

Благодаря обратному диодному мосту VD5–VD8 схемы ШИП ток нагрузки может замыкаться в двух направлениях.

Коэффициент усиления ШИП определяется следующим образом:

КШИП = Uя max ,

Uоп max

где Uя max = E – 2UКЭ нас ; UКЭ нас – напряжение насыщения транзисторов

VT7, VT8, VT14, VT15.

Работа транзистора по схеме с общим эмиттером в ключевом режиме. Ключами называют схемы, назначение которых состоит в замыкании и размыкании цепи нагрузки с помощью управляющих входных сигналов. По аналогии с механическим ключом (контактом) качество транзисторного ключа определяется минимальным падением напряжения на нем в замкнутом состоянии и минимальным током в разомкнутом состоянии, а также скоростью перехода из одного состояния в другое.

17

β(h21Э) – статический коэффициент усиления транзистора по току в схеме

собщим эмиттером.

Более точно определения тока базы в расчетном случае получают из данных справочника, в котором приводится напряжение насыщения коллектор–эмиттер UКЭнас и соответствующие этому режиму токи IК, IБ .

Отношение этих токов и есть искомая величина для точного определения тока базы.

В режиме насыщения транзистора обычно используют формулы (задавая или определяя сначала выходной ток транзистора)

IК = E - UКЭ » E . RК RК

Параметры входной цепи транзистора определяют после определения IБ , используя (6.1) или данные (полные) справочника, по формулам

IБ = Uвх - UБЭ » Uвх .

RБ RБ

Для получения режима отсечки транзистора (рис. 6.4, б) необходимо выполнение условия Uвх ³ 0 , при этом строгое равенство Uвх = 0 более предпочтительно. Строго говоря, обеспечение режима отсечки требует проверки выполнения следующих условий:

где IК0 – обратный ток коллектора.

6.2. Однофазные управляемые выпрямители, тиристорные преобразователи

Для построения реверсивного преобразователя используются два встречно-параллельных регулируемых выпрямительных моста [1], [6]. Первая группа тиристоров моста получила название « Вперед» (« В»), а вторая – « Назад» (« Н»). Одна из возможных схем управления реверсивным преобразователем с раздельным управлением комплектами (группами) тиристоров и двумя комплектами систем импульсно-фазового управления (СИФУ) представлена на рис. 6.5.

19

Раздельное управление осуществляет логическое переключающее устройство (ЛПУ).

ЛПУ исключает возможность включения двух мостов одновременно. ЛПУ выбирает необходимый комплект тиристоров, на который должны

быть поданы управляющие импульсы с выхода СИФУ, в зависимости от требуемого направления тока и выдает логическую единицу на вход схемы

Рис. 6.5

Значение ЭДС двигателя в общем случае определяется нагрузкой двигателя и не зависит однозначно от напряжения управления. Поэтому одному знаку ЭДС преобразователя могут соответствовать установившиеся токи обоих направлений.

В электроприводе с обратной связью по току якоря знак напряжения на выходе UРТ регулятора тока (РТ) совпадает со знаком выпрямленного напряжения тиристорного преобразователя.

В представленной на рис. 6.5 схеме ЛПУ переключает комплекты «B» и « Н» при условии несоответствия полярности заданного значения тока,

определяемого напряжением U3i на входе РТ, и фактического значения

20