9.2. Защита от длительного пускового режима

Схемная реализация такой защиты аналогична рис. 8.2, только необходимо исключить делитель R_2, а величину ёмкости С₃ следует рассчитать в соответствии с временными параметрами задания (время срабатывания защиты t_{з пус}). Из неравенства (8.1) находят напряжение U_ш2 (U_ш2>0.23 В), где вместо I_кз подставляется ток I_пус и принимается новое значение величины R_ш2. Ёмкость С₃ определяет задержку срабатывания защиты в соответствии с уравнением:

U_зар |= 0.23 В|= U_ш2*.

Решая это уравнение (см. раздел 1, расчёт величины t_u), задаваясь величиной C₃, находят величину резистора R₃.

К сведению: это будет приближённое решение, так как при переходе от тока I_н до тока I_пус (частный случай – реверс скорости) ёмкость уже будет заряжена до величины U_C0 = . Так как U_ш2 при I_я = I_н будет в 10 раз меньше, чем U_ш2 при I_я = I_пус ,то ошибка будет на границе неточности величин С и R, выпускаемых фирмами.

Схема для защиты от токов к.з. (рис.8.2; VT5; драйвер 5) и модифицированная (например VT6, драйвер 6), включается последовательно в основную цепь протекания тока I_я. Транзистор VT6 такой же, как и VT5 (нет необходимости рассчитывать мощность, радиатор), но необходим дополнительный источник питания для драйвера 6.

10. Отрицательная обратная связь по току

Качественные показатели систем автоматического управления (САУ) часто корректируют с помощью отрицательной обратной связи по току (ООСТ). Поэтому студентам предлагается синтезировать схему, в которой входная величина – ток якоря (I_я), выходной сигнал – напряжение (U_оост). Это напряжение будет корректировать усиленный сигнал с датчика U_y1. Стандартная операция – вычитание, и окончательный сигнал управления широтно-импульсного модулятора, при K_Т=1 равен (рис. 11.2)

и с учетом соотношения (см задание)

получим :

Так в структуре схемы необходимо предусмотреть узел гальванической развязки, необходимость которого была обоснована при выборе драйверов (раздел 3).

С учетом замечаний к датчику тока () (раздел 8) наиболее оптимальным будет синтез ООСТ на базеSENSE МДП-транзисторов, хотя последние идеально с коэффициентом деления тока подходят для синтеза защит на базе интегральных драйверов (учет больших токов). ООСТ предназначена для работы с токами близкими по величине к номинальному току двигателя. Поэтому желательно применениеSENSE МДП-транзисторов с меньшим коэффициентом или предусматривать в структуре усилитель по напряжению (операционный усилитель), и дополнительный – усилитель по току для обеспечения входного тока оптопары (), которая обладает зоной нечувствительности по входу ().

ООСТ, в отличие от схем защит, должна учитывать и полярность якорного тока (направление вращения вала двигателя), т.е. выходное напряжение имеет соответствующую полярность в зависимости от направления протекания тока в цепи якоря ().С учетом всех замечаний студентам предлагается схема ООСТ, изображенная на рис. 9.1.

ООСТ базируется на двух SENSE МДП-транзисторах (VT5, VT6). Они включены в параллельные стойки П-образной схемы для определения направления протекания тока якоря (соответственно направления вращения вала двигателя).

На схеме (рис. 9.1) сигналу с VT6 присваивается отрицательный знак, так как модифицированная информация с его SENSE выхода подключается на инверсный вход разностного усилителя (DA3), а соответственно току, протекающему через VT5, после преобразования будет присвоен положительный знак . Информация сэтих транзисторов также используется и для синтеза защиты от длительного пускового режима с помощью резистораи конденсатора(см. раздел 8), (экономияVT, упрощается схема).

Напряжение через неинвертирующие усилители (DA1,DA2, компенсация большого значения К_n транзисторов VT5,VT6) поступает на входы эмиттерных повторителей (VT7,VT8). Последние согласуют усилители и оптопары по рабочим токам и позволяют избавиться от зоны нечувствительности во входных цепях. C выхода оптопар (VU1,VU2) сигналы поступают на соответствующие входы разностного усилителя (DA3). Конденсаторы включены для подавления высокочастотных помех (от ШИМ, от наличия коллектора якоря и др.), резистор- справочная величина. Расчет элементов схемы следует начинать с известных величин, полученных в разделе 8 при синтезе защиты от(VT5 и VT6,входят в структуру этой защиты). На входVT7 должен поступить сигнал, (справочная величина или можно принять для кремниевых структур), чтобы включилась в работу оптопара. Можно связать величинус зоной нечувствительности двигателя(раздел 6):

а начальное значение сигнала включения в работу транзистора оптопары (VU1, VU2) составляет:

Из этого равенства легко определяется необходимое значение (DA1, DA2, ) и соответственно величины резисторови.

Рис 9.1. Схема ООСТ совместно с защитой от токов к.з.(VT9) и защитой от длительного пускового режима (VT5, VT6)

Резистор и токVT7 можно рассчитать с учетом максимального тока, протекающего через VT7 (при )

где - максимальный входной ток оптопары. Желательно выбрать оптопару с токоммА (будет максимальный диапазон работы ООСТ без насыщения) и с постоянным коэффициентом передачи тока(например оптопары АОТ 123, АОТ 128).

Резистор рассчитывается с учетом максимального выходного тока оптопары:

где - остаточное напряжение оптопары (справочная величина).

Тогда выходное напряжение на оптопаре равно:

В разделе 6 было определено значение с учетом зоны нечувствительности двигателя. Тогда, используя выражение (9.1), можно найти коэффициент усиления разностного усилителя из очевидного соотношения:

где - выходной сигнал дифференциального (разностного) усилителя,илитак как один из сигналов_,- равен нулю, т.е. :

_{Коост = см. задание на курсовое проектирование.}

После нахождения величины можно рассчитать коэффициент передачи цепи обратной связи, который обычно определяется при изменении входной величины на единичную ступеньку (при ∆I=1А) как:

или, если ввести в цепь обратной связи и якорную цепь двигателя, получим:

Основное отличие ибудет определяться размерностью (- Ом,- безразмерная величина), а их числовая величина отличается на коэффициент(коэффициент передачи якорной цепи).