3. УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ШД

Устройство управления ШД — переключает ток в фазных обмотках в определенной последовательности в момент поступления управляющего импульса. Оно состоит из двух основных частей: электронного коммутатора и электронных усилителей мощности. Электронный коммутатор выполняет функцию управления силовыми усилителями, включенными в фазные обмотки, и обеспечивает заданную последовательность переключения обмоток без потери информации при вращении ШД в обоих направлениях. Кроме того, схема обеспечивает включение обмоток ШД на длительный интервал при остановке.

Электронные коммутаторы выполняют на основе кольцевого реверсивного счетчика и дешифратора. На рис. VI. 11 а приведена в качестве примера схема -тактного коммутатора и диаграмма потенциалов (рис. VI. 11 б) на выходах триггеров Аналогично могут быть построены реверсивные коммутаторы на любое число тактов.

Для увеличения максимальной частоты управления, достижимой в процессе плавного разгона, а также электромагнитного момента ШД, необходимо сокращение длительности электромагнитных переходных процессов в обмотках управления. Кроме того, с ростом угловой скорости ротора ШД возрастает величина э. д. с. вращения, что приводит к уменьшению тока фазы и соответственно электромагнитного момента. Поэтому схема усилителя мощности высокочастотного ШД должна обеспечить поддержание его электромагнитного момента постоянным изменении управляющей частоты. На величину электромагнитного момента оказывает влияние не только время нарастания, но и время спада тока в фазе. Затягивание тока в отключаемой фазе приводит к снижению момента и максимальной рабочей частоты. Поэтому, наряду с форсированием нарастания тока в момент открытия усилителя мощности, должно обеспечиваться резкое спадание тока (дефорсирование) при отключении обмотки.

Таким образом, усилитель мощности должен выполнять следующие функции: форсирование тока фазы при включении, поддержание тока при увеличении частоты и дефорсирование при отключении обмотки.

Схемы усилителей мощности с безрезисторным форсированием тока можно разделить на две группы: с импульсным форсированием, с автоматическим регулированием тока фазы.

Рассмотрим схемы усилителей мощности, применяемых для управления Поскольку фазные обмотки ШД коммутируются в различные моменты времени, каждая обмотка имеет отдельный усилитель мощности.

Форсирование тока с помощью почки. Наиболее простым способом форсирования электромагнитных переходных процессов является включение резистора последовательно с обмоткой фазы ШД, с увеличением напряжения питания (рис. VI. 12, а). Это приводит к уменьшению электромагнитной постоянной времени цепи фазы при включении в раз, (где - коэффициент

(кликните для просмотра скана)

форсирования). При этом потери мощности возрастают в раз где установившееся значение тока фазы).

Для уменьшения перенапряжения при отключении обмотки она шунтируется диодом (рис.

VI.12, а). В табл. VI.3 приведено сравнение различных способов уменьшения перенапряжения на обмотке. Для устранения потерь энергии в разрядном резисторе применяют последовательное соединение разрядного резистора с диодом. Вместо разрядного резистора можно использовать варистор Применяется также стабилитрон соединенный последовательно с диодом

Как следует из сравнения приведенных схем, минимальная длительность заднего фронта обеспечивается при шунтировании обмотки фазы ШД стабилитроном и диодом, либо, как будет показано ниже, при замыкании обмотки фазы на встречно действующую э. д. с. источника питания.

Рис. VI. 11. б. Диаграмма потенциалов

Рис. VI. 12. (см. скан) Схемы формирования тока и кривые коэффициента форсирования

В схеме с резисторной форсировкой уменьшение времени нарастания тока достигается подключением конденсатора С параллельно резистору (рис. VI.12, б) или параллельно обмотке и транзистору

(кликните для просмотра скана)

(кликните для просмотра скана)

(рис. VI. 12, в). В начальный момент пуска можно пренебречь э. д. с. вращения, тогда для схемы рис. получим систему уравнений

Решая графоаналитически систему уравнений (VI.9), можно построить семейство зависимостей относительных величин для различных значений коэффициента форсирования [14]:

где — время, в течение которого ток в фазе в схеме с добавочным резистором (шунтированным конденсатором) достигает 0,95 установившегося значения.

Семейство кривых позволяет выбрать и С с учетом требуемой степени форсирования переходного процесса нарастания тока в обмотке и допустимых потерь в добавочном резисторе.

Уменьшить время переходного процесса в обмотке фазы ШД можно путем включения конденсатора по схеме рис. VI.12, в. При таком включении к моменту открытия триода усилителя мощности конденсатор С будет заряжен до величины напряжения источника питания Дополнительное форсирование тока в обмотке фазы ШД происходит под действием напряжения на конденсаторе.

Импульсное форсирование тока. Импульсное форсирование заключается в подключении к обмотке фазы ШД источника форсирующего напряжения на время, необходимое для увеличения тока в обмотке фазы ШД от нуля до заданного значения. Затем форсирующее напряжение отключается от обмотки без разрыва цепи и подключается источник пониженного напряжения, поддерживающий ток в обмотке фазы ШД на заданном уровне. Для дефорсирования тока в момент отключения фазы ШД от источника номинального напряжения к ней подключается источник напряжения обратной полярности на время, необходимое для спада тока.

Форсирование переднего фронта импульса тока в обмотке фазы ШД может быть осуществлено по схеме с параллельным (рис. VI. 13, а) и последовательным (рис. VI. 13, б) включением источника форсирующего напряжения

При подаче управляющего импульса в схеме на рис. VI.12, а по входам 1 и 2 одновременно открываются транзисторы Так как диод заперт и ток в обмотке фазы ШД нарастает под действием напряжения При достижении заданного значения тока транзистор запирается и ток по обмотке проходит от источника низкого напряжения.

В схеме на рис. VI. 13, б при подаче управляющего импульса также одновременно открываются оба транзистора и Напряжение

запирает диод ток в обмотке фазы ШД нарастает под действием суммы напряжений Когда ток достигает номинального значения, транзистор закрывается и фазный ток, протекающий через диод поддерживается за счет источника с напряжением . В случае последовательного соединения источников величина форсирующего напряжения может быть уменьшена по сравнению со схемой параллельного включения. Для уменьшения вибраций ротора ШД длительность форсирующего импульса на низких частотах снижается.

Рис. VI. 13 Схемы с импульсным форсированием электромагнитных переходных процессов и кривые времени переходных процессов: а — параллельное включение источника низкого и форсирующего напряжения б — последовательное включение источника низкого и форсирующего напряжения, в — схема дефорсирования с встречным включением напряжения — кривые эффективности форсирования и дефорсирования — безразмерное время спада тока до величины 0,05 начального значения; (для схем рис. VI. 13, а, б); (для схемы рис VI. 13, в)

В этих схемах для дефорсирования заднего фронта тока используется шунтирование обмотки фазы ШД последовательно соединенными диодом и стабилитроном (рис. VI. 12, а). Максимальная величина напряжения при запирании транзистора будет

— напряжение стабилизации стабилитрона), а на транзисторе величина напряжения при запирании составляет

Схема рис. VI.13, в обеспечивает форсированное спадание тока в фазе (дефорсирование) без стабилитронов. При подаче управляющего импульса одновременно открываются транзисторы Под действием высокого напряжения диод запирается и ток в обмотке фазы ШД протекает от источника

Дефорсирование заднего фронта импульса происходит под действием напряжения

Для форсирования импульса высокого напряжения в эмиттерную цепь триода введено сопротивление обратной связи

На рис. VI. приведены кривые, характеризующие время нарастания и спада тока при коммутации обмотки фазы.

Схемы с импульсным форсированием тока имеют более высокий к. п. д. и меньшие габаритные размеры, чем схемы с -цепочками. Поэтому форсирование с резистором в цепи обмотки применяется лишь для ШД малой мощности.