ГЛАВА XII. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОРРЕКТИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В системах автоматического регулирования на несущей частоте передача сигналов осуществляется не постоянным, а переменным током. Использование в таких системах усилителей переменного тока и двухфазных асинхронных исполнительных электродвигателей дает возможность проектировать малогабаритные, простые по конструкции, надежные в действии автоматические системы.

Для увеличения запасов устойчивости, улучшения качества и повышения точности таких систем применяются те же методы коррекции, что и для систем постоянного тока. Однако ввиду специфики сигналов переменного тока для их преобразования нельзя непосредственно использовать рассмотренные ранее корректирующие элементы постоянного тока.

Системы автоматического регулирования на несущей частоте имеют более сложные корректирующие устройства по сравнению с системами постоянного тока. Улучшение качества системы введением корректирующих элементов реализуется в системах переменного тока с большими трудностями.

Ниже рассматриваются схемы и методы расчета известных в настоящее время видов корректирующих элементов переменного тока.

1. КОРРЕКТИРУЮЩИЕ RLC-ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Для коррекции систем переменного тока также как для систем постоянного тока могут быть применены соответствующие пассивные электрические контуры, характеристики которых близки к характеристикам идеальных корректирующих устройств (кривые 1 на рис. XII. 1). Такие контуры получаются путем преобразования фильтров нижних частот в полосовые фильтры.

Полное сопротивление, создаваемое индуктивностью на частоте приближенно равно полному сопротивлению, которое получается при последовательном соединении элементов и частоте

когда а элементы и настроены на опорную частоту т. е. если

В самом деле, полное сопротивление последовательно соединенных индуктивности и емкости у на частоте определяется выражением

С учетом соотношения (XII. 1) при условии, что выражение (XI 1.2) имеет вид

Выражение (XII.3) представляет собой индуктивное сопротивление на частоте

Рис. XII. 1. Частотные характеристики корректирующего элемента переменного тока: 1 — идеальные; 2 — реальные

Соответственно, сопротивление емкости С на частоте равно полному сопротивлению параллельно соединенных элементов у и у на частоте Поэтому для получения корректирующего RLC — четырехполюсника переменного тока с частотой на базе RLC — цепи постоянного тока достаточно в последнем каждую индуктивность заменить последовательным соединением индуктивности и емкости каждую емкость С заменить параллельным соединением емкости индуктивности а все активные сопротивления оставить без изменения.

В табл. XII.1 приведены примеры преобразования некоторых четырехполюсников постоянного тока в соответствующие корректирующие цепи переменного тока, представляющие собой резонансные электрические схемы. Преимуществом резонансных схем является сравнительная легкость настройки цепи в резонанс. Катушка индуктивности должна быть выполнена с воздушным зазором в магнитопроводе для сведения к минимуму высших гармоник. Регулировка воздушного зазора — удобное средство настройки четырехполюсника, который должен быть тщательно экранирован, а экран — заземлен для исключения наводок. Достаточно трудной

(кликните для просмотра скана)

проблемой является температурная зависимость основной характеристики дросселя. Нижний предел отношения нижней угловой частоты к верхней для формирующей корректирующей цепи переменного тока определяется чувствительностью к помехам, особенно к третьей гармонике, генерируемой на выходе дросселей и сельсинов.

Для получения выражения, с помощью которого можно преобразовывать передаточные функции корректирующих устройств постоянного тока в соответствующие передаточные функции устройств переменного тока, необходимо сравнить формулы (XII.2) и (XII.3). Если в формуле (XI 1.2) выразить сумму через со, то, учитывая выражение (XII. 1), после некоторых преобразований получим

Рис. XI 1.2. Корректирующие четырехполюсники: а — постоянного тока; б — переменного тока

Предположим, что нужно определить выражение передаточной функции корректирующего четырехполюсника переменного тока, работающего на несущей частоте аналогичного пассивному корректирующему элементу постоянного тока с передаточной функцией

Для этого необходимо заменить величину на с последующей заменой его значением из формулы (XII.4). Тогда получим следующее выражение передаточной функции корректирующего переменного тока:

При выражение (XII.6) незначительно отличается от выражения передаточной функции идеального корректирующего элемента (четырехполюсника).

В качестве примера рассмотрим RL-четырехполюсник постоянного тока (рис. XII.2, а) с передаточной функцией (XII.5), где

Соответствующий RLC-корректирующий четырехполюсник приведен на рис. XII.2, б. Его передаточная функция может быть записана в виде

где

причем

RLC-корректирующая цепь будет преобразовывать сигналы на несущей частоте если его параметры определены путем сопоставления выражения (XII.7) с выражением (XII.6), преобразованным к виду

При этом получим соотношения для определения постоянных

и передаточная функция схемы (рис. XII.2, а) может быть записана в виде (XII.6).

Амплитудная и фазовая частотные характеристики, построенные по выражению (XII.6), приведены на рис. XII.1, штриховыми кривыми. Эти характеристики сходны с характеристиками звена с передаточной функцией, описываемой формулой (Х.34), и отличаются несимметричностью относительно несущей частоты, причем несимметричность, незначительная на частотах, близких к несущей, возрастает по мере удаления от нее. Это обстоятельство накладывает ограничения на частотный спектр сигналов переменного тока, Так, например, при несущей частоте 400 Гц верхний предел частотного спектра модулирующего сигнала не должен превышать 25 Гц.