9) Проверка двигателя на перегрузку по моменту. Максимальный момент нагрузки:

Таким образом, проверка двигателя на отсутствие перегрева и на перегрузку по моменту показала, что двигатель подобран пра­ вильно и работа электропривода башни САУ будет со стороны двигателя вполне обеспечена. При проверке двигателя на отсут­ ствие перегрева может оказаться, что условие Мдн > М^ не выпол­

няется, а выбрать двигатель другого типа практически невозможно. В этом случае приходится либо применять дополнительное охла­ ждение исполнительного двигателя вспомогательными средствами, либо идти по пути разработки нового двигателя.

После определения мощности исполнительного электродвига­ теля определяется мощность генератора и его приводного двигателя:

Г|д - КПД выбранного исполнительного двигателя.

Зная мощность Nr и Nm, по каталогам выбирают генератор и его приводной двигатель.

5.2.7. Усилительные устройства

Сигналы управления, вырабатываемые измерительными и чув­ ствительными элементами в системах наведения и стабилизации установок, по мощности недостаточны для приведения в действие исполнительных силовых приводов. Для повышения мощности сигнала управления применяются различного рода усилительные устройства.

Усиление мощности возможно только при питании усилителя от постороннего внешнего источника энергии с последующим ре­ гулированием притока этой энергии к нагрузке, пропорционально пришедшему сигналу управления. Основным свойством любого усилителя является повышение мощности управляющего сигнала.

При выборе усилителей к ним предъявляются следующие тре­ бования:

-обеспечение необходимого коэффициента усиления;

-возможность согласования входного и выходного сопротив­ лений усилителя с сопротивлениями источника сигнала и нагрузки;

-линейность статической характеристики;

-малая инерционность;

-экономичность, малые габариты и вес, большой срок службы;

-надежность.

Электронные усилители

Электронными усилителями называют усилители, выполнен­ ные на электронных лампах или транзисторах. Достоинством элек­ тронных усилителей являются большой коэффициент усиления

(К р =104 -1 0 6) , безинерционность, возможность усиления посто­

янных и переменных напряжений широкого диапозона частот,

атакже большое входное сопротивление.

Всистемах наведения и стабилизации установок широкое рас­ пространение получили усилители переменного тока с последую­ щим преобразованием этого тока в постоянный. Для преобразова­ ния переменного напряжения в постоянное используются фазочув­ ствительные выпрямители (ФЧВ). Нагрузкой ФЧВ являются обмотки управления магнитного, релейного или электромашинного усилителя, а в маломощных системах - непосредственно обмотки возбуждения или якоря двигателя. В системе электрогидравлического привода нагрузкой ФЧВ являются обмотки управления элек­ тромеханических преобразователей. С целью повышения общего коэффициента усиления прибегают к последовательному соедине­ нию нескольких каскадов усиления: обычно первые каскады рабо­ тают как усилители напряжения, а последующие - как усилители мощности. Разделение каскадов на усилители напряжения и усили­ тели мощности является условным.

Если Ки > , то каскад называется усилителем напряжения,

если К{> Ки, то каскад является усилителем мощности.

В зависимости от типа и мощности исполнительного привода конкретные схемы электронных усилителей и их конструктивное исполнение могут быть различны. Однако функциональная схема большинства усилителей включает следующие основные каскады: усилитель напряжения; фазочувствительный каскад; усилитель мощ­ ности.

Рис. 5.32. Схема электронного усилителя переменного тока

На рис. 5.32 представлена схема электронного усилителя переменного тока с преобразованием его в постоянный ток, питающий обмотки управления нагрузки. Переменное напряжение ~ ивх по­ ступает на первичную обмотку входного трансформатора ТР фазочувствительного выпрямителя (ФЧВ). ФЧВ усиливает это напря­ жение и преобразует его в постоянное напряжение ( - мвых). Каскад ФЧВ собран, например, на двух параллельно включенных лампах Л, и Л2.

Напряжение (~ ивх) с вторичной обмотки трансформатора ТР поступает в противофазе на сетки ламп Л, и Л 2. На аноды ламп с одинаковой фазой подается переменное напряжение (~м0) от более мощного источника питания усилителя, при этом частоты и фазы напряжений - нвх и - м0 одинаковы. Поэтому напряжение на аноде каждой лампы может быть либо в фазе, либо в противофазе с напряжением на сетке. Анодными нагрузками каскада ФЧВ явля­ ются обмотки управления ОУ,, и ОУ2 потребителя, подключенно­

го к усилителю (например, обмотки управления генератора элек­ трической энергии).

Принцип обеспечения фазочувствительности схемы представ­ лен на примере временных диаграмм напряжений и токов (рис. 5.33). При отсутствии напряжения - мвх (рис. 5.33, а) напряжения wCi и

явлении ~ мвх токи, а следовательно, и магнитные потоки в обмотках управления потребителя не одинаковы ФУ1 ФФу и Фу Ф0 (генера­

тор вырабатывает электрическую энергию пропорционально ~ ивх).

Допустим, что при появлении входного сигнала ~ нвх (рис. 5.33, б)

при этом в противофазе с напряжением на сетке мСл. В первый полупериод анодный ток / по амплитуде возрастает, а анодный /а

ток уменьшается. Во второй полупериод обе лампы заперты. Условно можно считать, что разность токов Д/а = / - /ai больше

нуля, то есть Фу > 0 (генератор вырабатывает электрическую энер­

гию одной полярности). Если напряжение на сетке uCi находится в

фазе с напряжением на аноде wai лампы Л, (рис. 5.33, в), то анод­

другой полярности). Следует отметить, что разность токов в об­ мотках управления пропорциональна величине напряжения ~ ивх, следовательно суммарный поток управления Ф у и выходное

напряжение генератора также пропорциональны ~ ивх. Конденсаторы С\ и С2 служат для сглаживания пульсации то­

ков, протекающих через обмотки управления. Начальная величина токов, протекающих через обмотки управления при отсутствии напряжения ~ ивх, устанавливается потенциометром R. Таким обра­ зом, в данном усилителе обеспечивается усиление пришедшего сигнала ~ ивх преобразования переменного тока в постоянный и обеспечение фазочувствительности схемы.

Магнитные усилители

В магнитных усилителях используется свойство стали изме­ нять магнитную проницаемость на переменном токе (М~) при из­ менении постоянного тока подмагничивания [II].

Основными достоинствами магнитных усилителей являются: нечувствительность к большим перегрузкам в виде вибраций, воз­ можность простого суммирования сигналов, большой коэффициент

усиления {Кр =104 -1 0 6) , высокий КПД, большая долговечность и

высокая надежность. К недостатку следует отнести их инерцион­ ность и значительный вес на единицу мощности.

Рис. 5.34. Управляемый дроссель

Для уяснения принципа устройства и действия магнитного усилителя предлагается рассмотреть управляемый дроссель (рис. 5.34). На замкнутый сердечник из ферромагнитного материала по­ мещены две обмотки: рабочая VK., подключенная к нагрузке /?„ в цепи переменного тока ~ м, и управления Wy, к которой подводится управляющий сигнал постоянного тока. Выходное напряжение ивых снимается с нагрузки. При протекании по обмотке Wy постоянного тока управления /у образуется магнитное поле напряженностью

где I - длина магнитопровода;

Wy - число витков обмотки управления.

Зависимость намагничивания B = f( H ) и магнитная проница­ емость \х ^ = В / Н являются нелинейными функциями. Пропорцио­ нально магнитной проницаемости изменяется индуктивность рабо­ чей обмотки дросселя:

Как видно, величина тока в нагрузке изменяется при измене­ нии L .. Изменяя величину постоянного тока подмагничивания / ,

можно управлять величиной переменного тока в цепи нагрузки, что лежит в основе устройства магнитных усилителей. Основной недо­ статок управляемого дросселя заключается в том, что переменный магнитный поток рабочей обмотки индуктирует в обмотке управ­ ления переменную ЭДС, которая нарушает работу цепи управле­ ния. Этот недостаток практически устраняется в однотактном маг­ нитном усилителе (рис. 5.35).

Здесь в среднем стержне, в данном случае он двойной, пере­ менный магнитный поток Ф _, равный алгебраической сумме пе­ ременных магнитных потоков контуров I и II, равен нулю. Посто­ янный магнитный поток Фг, образующийся в обмотке Wy при про­

текании тока управления / , замыкается в магнитопроводах обоих контуров и используется в качестве магнитного потока управления. При отсутствии управляющего сигнала ( и у= 0) постоянный ток под­ магничивания / у также равен нулю, а магнитная проницаемость (I

равен разности токов / х и / 2 в рабочих обмотках однотактных

усилителей. При отсутствии управляющего сигнала ( / = 0) ток в нагрузке будет равен нулю, токи /, и /2 _, равны, но противопо­ ложны по направлению.

При наличии управляющего сигнала щ такой полярности, как указано на рис. 5.37, магнитные потоки управления Фг верхней па­ ры сердечников будут направлены согласно с магнитными потока­ ми начального подмагничивания Фнп и ток в рабочей цепи первого

усилителя /, увеличится. Магнитные потоки Фу и Фнп нижней

пары сердечников будут направлены встречно и ток в рабочей цепи второго усилителя /2 уменьшится. В результате ток нагрузки

увеличится (7Н ^> 0). При изменении полярности управляющего сигнала ток /, уменьшается, / 2 увеличивается, а направление тока в нагрузке изменяется на противоположное. Таким образом, дифференциальный магнитный усилитель обладает фазочувстви­ тельностью, а при отсутствии сигнала управления (му = 0) выход­

ное напряжение равно нулю ( нВЬ1Х= 0). Характеристика дифферен­ циального усилителя получается путем сложения ординат нагру­ зочных характеристик двух однотактных усилителей.

Релейные усилители (виброусилители)

Релейные усилители предназначены для усиления электриче­ ского сигнала, поступающего с электронного усилителя (с первого каскада усиления электромашинного следящего привода).

Действие виброусилителя основано на использовании поляри­ зованного реле, поэтому его называют релейным усилителем. Уси­ лительное действие реле заключается в том, что оно управляет электрической цепью, мощность которой значительно превышает мощность управления реле. Основными достоинствами релейных усилителей являются: большой коэффициент усиления по мощно­

сти, Кр ~ 104 -1 0 5; простота конструкции и экономичность в про­

изводстве; малые габариты и вес; простота суммирования большого числа управляющих сигналов (до 7 и более обмоток управления).

К недостатку этих усилителей следует отнести возможность подгорания контактных пар и относительно большую инерцион­ ность (у поляризованных реле время срабатывания составляет 0,001-0,0015 с).

Предлагается рассмотреть осо­ бенности рабочего процесса поля­ ризованного реле (рис. 5.38). Оно обладает чувствительностью к по­ лярности входного сигнала и вх.

Реле состоит из постоянного маг-нита 7, электромагнита с катуш­ кой 2, и якорька 3 с контактными парами К, и К2. Постоянный маг­ нит образует поляризованный маг­ нитный поток Ф0, который от по­ люса N к полюсу S замыкается че­ рез якорек, воздушные зазоры 5, и 62 и полюсные наконечники магнитопровода электромагнита. В нейтральном положении, когда входной сиг-нал управления ыЕХ от­

сутствует, обе пары контактов разомкнуты, а якорек упругим эле­ ментом 4 (например, торсионом) удерживается в нейтральном

(среднем) положении.

При подаче мвх электромагнитом 2 создается управляющий магнитный поток Фу определенной величины и направления, про­ порциональный мвх. В одном из полюсных наконечников магнит­ ные потоки постоянного магнита Ф0 и электромагнита Фг склады­

ваются, а в другом - вычитаются. Якорек реле притягивается к по­ люсному наконечнику, у которого магнитный поток большей плот­ ности, при этом замыкается соответствующая пара контактов. Если мвх другой полярности, то замыкается другая пара контактов. В обоих случаях на выходе появляется выходной сигнал ивш. Чув­ ствительность трехпозиционного поляризованного реле составляет менее 0,3 В (мвх <0,3 В ).

Схема и статическая характеристика поляризованного трехпо­ зиционного реле даны на рис. 5.39. Здесь напряжение срабатывания мср (замыкания контактной пары) несколько больше напряжения

отпускания иОТ (размыкание контактов), а характер изменения вы­ ходного напряжения мвых скачкообразный. При изменении поляр-

К* Р-

П £

“о

£ 3

ности входного напряжения ивх полярность выходного напряжения мвых также изменяется, чего нет у обычного двухпозиционного ней­

трального реле (рис. 5.40). Нелинейность (ступенчатость) статической характеристики рассмотренного поляризованного реле затрудняет их применение в таком исполнении в системах непрерывного регулирова­ ния, где должна обеспечиваться пропорциональность между мвх и мвых С этой целью применяется вибрационная линеаризация. Если, например, каким-либо способом обеспечить вибрацию якорька с частотой, достаточно высокой по отношению к частоте управляю­ щего сигнала мвх, то среднее значение выходного напряжения мвых

будет пропорционально мвх (нвых = Киию). Такой релейный усили­ тель называют виброусилителем, а его схема и статическая харак­ теристика даны на рис. 5.41.

В виброусилителе обмотка О, является обмоткой управления, а обмотка - линеаризующей, на которую подается переменное

напряжение _ ип, обеспечивающее непрерывную вибрацию якорька.

остается постоянным. При изменении полярности ивх изменяется полярность и ивых. Крутизна статической характеристики

1Лвых = f { Uвх) зависит от амплитуды _ИЛ (см. пунктирную линию на рис. 5.41).

Для нормальной работы виброусилителя необходимо, чтобы частота вибрации якорька была больше частоты входного сигнала

ивх. Обычно / л > 4/ вх, однако при слишком больших значениях / л

якорек не будет успевать замыкать контактные пары и виброусили­ тель становится неработоспособным.

Электромагиинные усилители

Электромашинными усилителями (ЭМУ) называются электри­ ческие машины, работающие как управляемые генераторы электри­ ческой энергии. Они являются электрическими усилителями мощ­ ности, предназначены для регулирования скорости исполнитель­ ного электродвигателя. Управление ЭМУ осуществляется измене­ нием мощности электрического сигнала в цепи управления (возбуж­ дения). В зависимости от способа возбуждения ЭМУ могут быть

с независимым возбуждением и с поперечным полем. Для уясне­ ния принципа работы ЭМУ, например, с поперечным полем, вначале предлагается рассмот­ реть схему простейшего генера­ тора по-стоянного тока (рис. 5.42). Якорь генератора вращает­ ся с постоян-ной скоростью пг

от приводного двигателя ПД в магнитном потоке Фу обмотки управлений ОУ. Направление магнитного потока Фу, действу­ ющего по продольной оси d - d генератора, зависит от полярно­ сти входного сигнала управле­

ния и у. При наличии Фу в каждом из проводников якорной обмотки

возникает ЭДС. Так как все проводники соединены последователь­ но, то индуктированные в них ЭДС суммируются. Наибольшую суммарную ЭДС (Е) генератора можно снять с коллекторных щеток В,, и В2, расположенных на поперечной оси q q, при этом

Е = Сссруиг, где Сс - постоянный конструктивный коэффициент.

На рисунке показано также направление тока в проводниках якорной обмотки ®, О, которое определяется известным прави­ лом правой руки. При прохождении вращающегося проводника поперечной оси q - q направление тока в нем изменяется на проти­ воположное. Если цепь поперечных щеток В, и В2 замкнуть на нагрузку, то в якорной цепи генератора будет протекать ток / я, ве­ личина которого будет зависеть от ЭДС, сопротивления нагрузки /?н и сопротивления обмотки якоря. Направление тока / я (поляр­ ность напряжения на щетках) зависит от направления вращения якоря и направления магнитного потока управления Ф,„ При проте­ кании тока в якорной цепи вокруг каждого проводника якорной обмотки образуется магнитное поле, направление которого опреде­ ляется по правилу правого буравчика. Таким образом в поперечной цепи появляется магнитный поток реакции якоря Фяп, неподвиж­ ный в пространстве и направленный по оси q - q слева направо.

Рис. 5.43. Простейший ЭМУ с поперечным полем

Идея создания ЭМУ с поперечным полем заключается в том, что поток реакции якоря, действующий в направлении поперечной оси генератора, используется в качестве нового потока возбужде­ ния. Схема простейшего ЭМУ с поперечным полем представлена на рис. 5.43. В данной схеме щетки В, и В2, расположенные по поперечной оси q - q, замыкаются накоротко. Так как сопротивле­ ние в поперечной цепи при этом значительно уменьшилось, то ток / , проходящий по обмотке якоря через щетки В, и В2, а следова­

тельно, и поток реакции якоря Фяп (назовем его первичным) резко увеличиваются.

При вращении якоря в собственном магнитном поле Фяп в той же якорной обмотке будет индуктироваться ЭДС. Наибольшая суммарная ЭДС может быть снята при этом с коллекторных щеток В3 и В4, расположенных на продольной оси d - d Если цепь этих

щеток замкнуть через нагрузку RH, то в цепи якоря будет протекать ток нагрузки / н. Применяя правило правой руки и правило бурав­ чика, можно определить направление тока и направление магнит­ ного поля для каждого проводника якорной обмотки, а следова­ тельно, и направление тока в нагрузке 1Н, и направление магнитно-

го потока реакции якоря Фяв (назовем его вторичным). Последний всегда направлен встречно магнитному потоку Фу.

При наличии магнитного потока Фяв ЭМУ нормально работать не будет, так как этот поток всегда ослабляет поток управления Ф^ Для устранения его вредного влияния используется магнитный по­ ток компенсации Фк, образующийся в компенсационной обмотке

ОК при протекании в ней тока нагрузки. Магнитный поток Фк направлен всегда в сторону, противоположную потоку Фяв. В зави­ симости от величины Фк может быть та или иная степень компен­ сации. Суммарный магнитный поток, действующий по продольной оси ЭМУ при включенной нагрузке, будет равен:

где рк = Ф, Ф_.

Величина магнитного потока компенсации Фк регулируется изменением сопротивления RK, включенного параллельно компен­ сационной обмотке. В зависимости от величины рк можно выде­ лить три случая:

1) если рк =1, то имеет место полная компенсация, то есть Фк = Фяв и магнитный поток Ф^ = Фу;

2)если Рк < 1, будет недокомпенсация, где Фк < Фяв и при уве­ личении тока якоря магнитный поток Ф^ уменьшается;

3)если Рк > 1, будет перекомпенсация, где Фк > Фяв и при уве­ личении тока якоря поток Ф^ возрастает.

В системах наведения и стабилизации ЭМУ обычно работает в режиме незначительной недокомпенсации, что позволяет исклю­ чить возможность самовозбуждения ЭМУ и повысить устойчи­ вость системы.

В зависимости от назначения ЭМУ может иметь до пяти обмо­ ток управления, использование которых улучшает работу электро­ привода. Для улучшения условий коммутации на поперечных щет­ ках между ними включатся дополнительная поперечная обмотка (на рис. 5.41 не показана). С той же целью, но в продольной цепи, включается обмотка дополнительных полюсов.

ЭМУ с поперечным полем объединяет в себе два обычных ге­ нератора с независимым возбуждением и его можно рассматривать как двухкаскадный усилитель мощности, а именно:

__ “^ВЫХ __ ^ВЫХ ~^ВЫХ __ ^ВЫХ ^ВЫХ ^ ^ Я ^ Я __

Коэффициент усиления по мощности в ЭМУ достаточно велик

и обычно составляет Кр = (5 -8)103; в специальных типах ЭМУ

Кр < 105 Кроме того, Кр пропорционален четвертой степени ско­

рости вращения ( пг) якоря, поэтому в качестве приводного двига­

теля в ЭМУ часто используются высокоскоростные электродвига­ тели с частотой вращения пг = (4 -8 )1 0 3об/мин.

ЭМУ с поперечным полем эквивалентен последовательному соединению двух генераторов с независимым возбуждением, где передаточная функция имеет вид:

ии статические передаточные коэффици-

Таким образом, передаточная функция ЭМУ запишется фор­ мулой:

где Ки = Ки Ки - статический передаточный коэффициент ЭМУ

по напряжению.

Большая выходная мощность, высокий КПД (до 0,8), значи­ тельный коэффициент усиления мощности при сравнительно не­ большой инерционности - основные достоинства ЭМУ с попереч­ ным полем. Недостатками ЭМУ следует считать наличие вращаю­ щихся частей и коллектора, сравнительно большие габариты и вес на единицу выходной мощности.

В системах наведения и стабилизации установок ЭМУ являют­ ся основными усилителями мощности электроприводов и служат для непосредственного питания исполнительных силовых электро­ двигателей.

5.3. Расчет следящ его гидропривода

смеханическим управлением

Вкачестве примера рассматриваются некоторые вопросы ди­ намики гидропривода с дроссельным регулированием и с гидроци­ линдром, имеющим выход штока в обе стороны. Именно такие гидроприводы нашли распространение в различных системах управления установками.

На рис 5.44 дана принципиальная схема гидропривода, которая

будет использована при составлении основных уравнений.