2. УПРАВЛЕНИЕ ДВУХФАЗНЫМ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

Амплитудный метод управления двухфазным асинхронным электродвигателем может быть осуществлен при помощи различных схем с использованием усилительных устройств. Выбор схемы усилителя для системы с исполнительным элементом в виде асинхронного двухфазного электродвигателя определяется типом измерительного элемента, а также мощностью электродвигателя. Если, например, измерительный элемент работает на постоянном токе и его выходным параметром является напряжение постоянного тока, то в схеме усилительного устройства обычно предусматривается модулятор для преобразования напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока с амплитудой, пропорциональной величине входного напряжения, и фазой, определяемой полярностью входного напряжения. Применение модулятора в таких случаях вызвано необходимостью осуществить согласование сигналов на входе и выходе следящей системы, где в качестве исполнительного элемента на переменном токе используется двухфазный асинхронный электродвигатель. В таких системах модулятор включают до усилителя напряжения, так как с помощью электронных усилителей трудно получить стабильное непосредственное усиление постоянного тока.

Если измерительный элемент САР работает на переменном токе, например при использовании сельсинов, необходимость согласования родов тока на входе и выходе и, следовательно, применения модулятора отпадает. При этом схема усилительного устройства упрощается.

Оконечной ступенью в усилителях, предназначенных для управления электродвигателем, как правило, является усилитель мощности. В маломощных системах усилитель мощности может быть собран по однотактной схеме. Для получения относительно большой мощности используют двухтактную схему, а в ряде случаев применяют магнитные усилители, у которых к. п. д. больше, чем у электронных усилителей мощности. При применении электронного усилителя напряжения и магнитного усилителя мощности необходимо использовать демодулятор, служащий для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, необходимое для питания обмоток управления магнитного усилителя. Это преобразование должно осуществляться так, чтобы величина выходного напряжения постоянного тока была пропорциональна величине амплитуды входного напряжения переменного тока, а полярность определялась фазой.

Рис. III.4. Схема управления двухфазным электродвигателем при входном сигнале на переменном токе

В усилителях с однотактным входом и двухтактным усилителем мощности часто применяют фазоинверсные каскады для получения одинаковых по амплитуде и противоположных по фазе напряжений, необходимых для возбуждения усилителя мощности.

Таким образом, усилительное устройство, предназначенное для управления двухфазным асинхронным электродвигателем, в общем случае может состоять из усилителя напряжения переменного тока, усилителя мощности, фазоинвертора, модулятора и демодулятора.

На рис. III.4 показана схема управления двухфазным асинхронным электродвигателем, которая представляет собой сочетание электронного и магнитного усилителей. Электронный усилитель состоит из усилителя напряжения переменного тока на транзисторе демодулятора, собранного на транзисторах усилителя напряжения постоянного тока на транзисторах Магнитный усилитель МУ, являющийся оконечным каскадом, выполняет функции усилителя мощности и модулятора. Особенностью управляющего

электронно-магнитного усилителя является то, что в части усилительного тракта, где осуществляется усиление сигнала постоянного тока, включен пассивный интегро-дифференцирующий контур предназначенный для коррекции динамических характеристик системы. Корректирующие устройства постоянного тока не подвержены влиянию изменения несущей частоты и поэтому обладают преимуществом перед корректирующими устройствами переменного тока, у которых характеристики существенно зависят от дрейфа несущей частоты.

Схема работает следующим образом. После усиления на первом каскаде который собран по обычной схеме, сигнал переменного тока через трансформатор поступает на вход демодулятора. Это напряжение имеет ту же частоту, что и опорное напряжение, которое через трансформатор вводится в коллекторные цепи триодов . В положительные полупериоды этих напряжений, отмеченные схеме знаками без скобок, проводят оба транзистора Коллекторная цепь триода замыкается через резисторы и диод а коллекторная цепь триода — через резисторы и диод Входное напряжение в цепи базы триода в положительный полупериод увеличивает ток в коллекторной цепи, что приводит к понижению потенциала точки А. Входное напряжение в цепи базы второго триода уменьшает коллекторный ток и тем самым увеличивает потенциал точки В. Между точками А и В возникает разность потенциалов, определяющая выходное напряжение. В отрицательные полупериоды опорного напряжения и входного сигнала (знаки в скобках на схеме рис. II 1.4) транзисторы по-прежнему открыты, но теперь коллекторная цепь для триода замыкается через резисторы и диод а для триода — через резисторы и диод В этот полупериод коллекторный ток триода меньше коллекторного тока триода , следовательно, как и раньше, потенциал точки А понижается, а потенциал точки В повышается. Разность потенциалов между точками А и В будет иметь тот же знак, что и в предыдущий полупериод опорного напряжения. Таким образом, каждый транзистор работает в течение двух полупериодов опорного напряжения, поочередно переключаясь с одного сопротивления нагрузки на другое. В результате с выхода демодулятора, т. е. с резисторов снимается постоянное напряжение, равное разности потенциалов между точками А и В, по величине пропорциональное амплитуде переменного напряжения на входе и по полярности определяемое фазой входного напряжения. Полярность выходного напряжения демодулятора изменяется на противоположную при изменении фазы входного напряжения на 180°.

Для подавления гармоник несущей частоты на выходе демодулятора обычно ставят фильтр нижних частот. В рассматриваемой схеме фильтр нижних частот составлен из элементов и с учетом внутреннего сопротивления триодов.

С фильтра нижних частот сигнал подается на корректирующий интегро-дифференцирующий контур, затем усиливается в каскаде и далее поступает на магнитный усилитель

Двухтактный МУ с внутренней обратной связью имеет выход на несущей частоте и состоит из двух однотактных усилителей, включенных по дифференциальной схеме. Обмотки управления включены в коллекторные цепи транзисторов в цепи базы которых подается симметричный сигнал постоянного тока. Подвод питания в коллекторные цепи триодов осуществляется через среднюю точку двух обмоток управления что обеспечивает при увеличении (уменьшении) тока в одной из обмоток аналогичное уменьшение (увеличение) тока в другой обмотке.

При отсутствии сигнала на входе триодов через управляющие обмотки МУ протекают равные токи. Вследствие этого, а также дифференциального включения однотактных магнитных усилителей, результирующий ток в обмотке управления двухфазного электродвигателя равен нулю. Если входное напряжение отлично от нуля, то токи в управляющих обмотках МУ не равны друг другу. Не равен нулю и результирующий ток в обмотке управления электродвигателя, при этом фаза его определяется полярностью постоянного напряжения на входе транзисторов Изменение полярности на противоположную вызывает изменение фазы этого тока на 180° и реверсирование электродвигателя.

Рис. III.5. (см. скан) Схема электронного автоматического потенциометра

Так как входной сигнал магнитного усилителя представлен напряжением постоянного тока, а выходной сигнал характеризуется напряжением переменного тока, у которого амплитуда изменяется в соответствии с законом изменения входного сигнала, то МУ, управляющий работой двухфазного электродвигателя, одновременно с усилением сигнала по мощности осуществляет и его модулирование, т. е. выполняет функции модулятора.

Емкость включенная последовательно с обмоткой возбуждения двухфазного электродвигателя, обеспечивает фазовый сдвиг между напряжениями в обмотках управления и возбуждения.

Другим примером схемы управления двухфазным асинхронным электродвигателем может служить электронный автоматический потенциометр, предназначенный для непрерывного измерения и записи температуры. На рис. II 1.5 показана схема электронного автоматического потенциометра. Принцип работы потенциометра основан на компенсационном методе измерения напряжения постоянного тока, источником которого является термопара 777, Электродвижущая сила

термопары подлежащая измерению, подается на клеммы 1 и 2 и затем сравнивается с напряжением которое снимается с диагонали измерительного моста включенного последовательно с измеряемым напряжением. Если измеряемое напряжение и напряжение в точках 3 и 4 моста взаимно не компенсируются, то на входе модулятора М вибрационного типа будет действовать напряжение постоянного тока определяемое разностью Результатом измерения должно явиться уравновешенное состояние схемы, для чего необходимо движок потенциометра К моста поставить в такое положение, при котором сигнал на входе модулятора будет равен нулю. Эту функцию выполняет двухфазный асинхронный электродвигатель ЭДву механически связанный с движком К через редуктор Р.

Рис. III.6. Схема управления двухфазным электродвигателем

Схема электронного управляющего усилителя на полупроводниках показана на рис. III.6. Напряжение постоянного тока характеризующее неуравновешенное состояние автоматического потенциометра, вначале модулируется, а затем подвергается усилению. Один из каскадов усилителя напряжения УН показан на рис. III.6. Каскад соответствует схеме с общим эмиттером. Для увеличения коэффициента усиления первичная обмотка выходного трансформатора шунтируется емкостью Оконечным каскадом управляющего усилителя является двухтактный усилитель мощности УМ на транзисторах Для согласования двухтактного усилителя мощности с однотактным усилителем напряжения УН в схему включен трансформатор средняя точка вторичной обмотки которого соединена с делителем напряжения обеспечивающим подачу смещения на триоды Усилитель мощности должен обеспечить подведение к электродвигателю ЭДв необходимой мощности. Условием получения наибольшей мощности от триодов является правильное соотношение сопротивления

нагрузки и внутреннего сопротивления триодов. Обычно оптимальное сопротивление нагрузки отличается по величине от сопротивления электродвигателя, вследствие чего применяют трансформатор осуществляющий необходимое согласование. Вторичная обмотка этого трансформатора, а иногда и первичная, шунтируется конденсатором величина которого выбирается из условий компенсации индуктивного сопротивления нагрузки. При этом сопротивление нагрузки становится активным и осуществляется возможность получения от схемы наибольшей мощности.

Конденсатор включенный последовательно с обмоткой возбуждения электродвигателя, обеспечивает фазовый сдвиг у между напряжениями управляющей обмотки и обмоткой возбуждения.

Рис. III.7. Схема управления двухфазным электродвигателем на транзисторах с магнитным усилителем

Вместо электронного усилителя мощности в автоматическом потенциометре может быть применен магнитный усилитель мощности. Схема управления двухфазным электродвигателем с магнитным усилителем приведена на рис. III.7. В этой схеме демодулятор на транзисторах работает на трансформаторный магнитный усилитель, который широко применяется в современных приборах и автоматах как для усиления напряжения, так и в качестве усилителя мощности.

Работа схемы заключается в следующем. Через трансформатор сигнал переменного тока поступает на вход демодулятора принцип действия которого такой же, как и в случае схемы рис. III.4. Нагрузкой для данного демодулятора являются обмотки управления магнитного усилителя. При входном сигнале, отличном от нуля, постоянный ток в одной из обмоток возрастает, а в другой — уменьшается. Изменение фазы входного сигнала на 180° вызывает в обмотках управления те же процессы, но в обратном направлении. В обмотке, где раньше наблюдалось возрастание тока, теперь будет уменьшение и наоборот.

Первичные обмотки трансформаторов и 2 магнитного усилителя соединены последовательно и согласно и подключены к источнику питания переменного тока, к которому подключается через емкость С и обмотка возбуждения двухфазного электродвигателя. Вторичные обмотки трансформаторов 1 и 2 соединены последовательно и попарно встречно. К выходным зажимам вторичных обмоток подключена управляющая обмотка двухфазного электродвигателя. При отсутствии входного сигнала демодулятора коллекторные токи в обмотках управления магнитного усилителя равны по величине. Вследствие этого выходные напряжения на вторичных обмотках трансформаторов

1 и 2 равны по величине и противоположны по фазе и, следовательно, результирующее напряжение на управляющей обмотке электродвигателя равно нулю. В случае появления сигнала и возникновения неравенства коллекторных токов в обмотках управления магнитного усилителя нарушается баланс напряжений на вторичных обмотках трансформаторов 1 и 2, вследствие чего на обмотке управления двухфазного электродвигателя появляется напряжение, которое сдвинуто по фазе на относительно напряжения на обмотке возбуждения. Изменение фазы переменного напряжения на входе демодулятора на 180° вызывает такое же изменение фазы напряжения на управляющей обмотке двухфазного электродвигателя, что приводит к изменению направления вращения электродвигателя ЭДв. В обоих случаях электродвигатель вращается до тех пор, пока измерительная схема не придет в состояние баланса, а входной сигнал не станет равным нулю.