Схемы усилителей мощности с автоматическим регулированием тока фазы.

В шаговом приводе получили применение схемы с частотно-импульсным регулированием тока фазы. Источник питания этого типа по своим характеристикам наиболее приближается к идеальному источнику тока.

Рис. VI. 14. Блок-схема и кривые напряжений источника питания с регулированием тока (ЧИМ): а - ЭК — электронный коммутатор; УМ — усилитель мощности; Р — регулятор напряжения источника постоянного тока; — напряжение обратной связи, — задающее и входное напряжения ЧИМ регулятора, — частота генератора; — средняя за период модуляции величина напряжения источника питания при включенной и отключенной фазе; б — зависимости среднего значения напряжения регулятора от тока в общем проводе ШД на включенной и отключенной фазе для различных величин задающего напряжения — начальное и конечное значения .

Результаты, полученные с частотноимпульсным регулированием тока, являются в значительной мере общими для данного класса приводов.

Блок-схема регулируемого источника питания показана на рис. VI. 14, а. Напряжение источника постоянного тока выбирается из условия форсирования нарастания фазного тока ШД, установившееся значение которого определяется параметрами регулятора напряжения. Обратная связь по току обеспечивает его постоянство с установленным статизмом в расчетном диапазоне изменения частоты управления. Среднее значение напряжения источника питания функционально зависит от величины регулируемого тока (рис. VI. 14, б).

Блок управления состоит из источника питания преобразователя постоянного напряжения в импульсное, усилителей

мощности УМ, коммутатора ЭК, импульсного модулятора ЧИМ. Источник питания ИП преобразует трехфазную систему напряжений в постоянное с последующим сглаживанием пульсаций. Преобразователь ПР постоянного напряжения в импульсное представляет собой транзисторный или тиристорный усилитель мощности с питанием от сети постоянного тока. Входное напряжение импульсного модулятора ЧИМ может преобразоваться в частоту коммутации преобразователя ПР (ЧИМ), либо задавать скважность импульсов напряжения на выходе преобразователя ПР (ШИМ).

Входное напряжение импульсного модулятора определяется разностью задающего напряжения и напряжения обратной связи по току. Если число одновременно включенных фаз в каждом такте коммутации постоянно, то поддержание тока в общем проводе эквивалентно управлению током в фазе.

Рис. VI. 15. Транзисторная схема с регулятором тока фазы (ЧИМ): — усилитель мощности (основной); — усилитель мощности (модулирующий); — сопротивление обратной связи; — задающее напряжение

При изменяющемся (от такта к такту) числе одновременно включенных фаз для увеличения среднего значения момента ШД обеспечивают поддержание тока в фазе. Это достигается изменением от такта к такту уставки задающего напряжения. При этом также осуществляется «дробление» шага за счет ступенчатого регулирования намагничивающей силы фазы.

Транзисторная схема с импульсным регулятором напряжения в фазе приведена на рис. VI.15.

Импульсы коммутатора управляют фазным усилителем мощности, который открыт в течение времени такта коммутации задаваемого электронным коммутатором. Входное напряжение импульсного модулятора, равное разности задающего напряжения и напряжения обратной связи по току преобразовывается в частоту коммутации преобразователя.

При открытых триодах к обмоткам фазы ШД приложено высокое напряжение источника питания Обмотка включена в течение времени а на интервале обмотка шунтирована диодом (триод закрыт).

При отключении триодов (конец такта коммутации) напряжение источника питания и с. самоиндукции включены встречно. Этим достигается крутой задний фронт тока в обмотке ШД.

Принципиальная схема блока управления с тиристорным регулятором в общем проводе и тиристорными усилителями мощности приведена на рис. VI.16, а. Выпрямитель источника питания собран по трехфазной схеме с нулевой точкой (диоды Для сглаживания пульсаций предусмотрен конденсатор Частотно-импульсный

регулятор напряжения состоит из тиристора — управляемого диода коммутирующего контура диода и шунтирующего диода Конденсатор диод и резистор служат для защиты тиристора

На рис. VI. 16, а коммутация обмоток ШД осуществляется фазными усилителями мощности, выполненными по схеме симметричного триггера на тиристорах.

Рис. VI. 16. (см. скан) Схема с тиристорным регулятором тока в общем проводе: а — силовая часть (условно показана для двух фаз); б — схема управления регулятором

Коммутация тиристоров обеспечивается колебательным контуром который исключает влияние нагрузки на перезаряд конденсатора Предположим, что в исходном состоянии тиристор открыт и конденсатор заряжен до напряжения источника питания (полярность указана на схеме). Включение тиристора вызывает перезаряд конденсатора Процесс перезаряда

носит колебательный характер и, если пренебречь активным сопротивлением коммутирующего контура, определяется выражением

где

а ток в коммутирующем контуре

Частотно-импульсный регулятор напряжения управляется блокинг-генератором с регулируемой частотой, который собран по схеме на рис. VI.16, б.

Рис. VI. 17. Коммутационные процессы в регуляторе напряжения (а) и в фазном усилителе мощности — ток в коммутирующем контуре; — ток нагрузки; — напряжение на коммутирующем конденсаторе, — напряжение на тиристоре; — такт коммутации

Максимальная частота блокинг-генератора определяется из условия обеспечения процесса дефорсирования. Предельно-реализуемые мощности шаговых электродвигателей лимитируются возможностями усилителей мощности.

Пока ток контура меньше тока нагрузки (рис. VI. 17), он проходит через тиристор (см. рис. VI. 16, а) навстречу току нагрузки. С момента времени, когда к тиристору прикладывается напряжение обратной полярности, равное прямому падению напряжения на диодах от протекающего по ним тока Через промежуток времени, равный времени восстановления тиристором вентильных свойств, схема оказывается во втором устойчивом состоянии; тиристор включен, тиристор выключен.

Дефорсирование тока в обмотке в зависимости от состояния тиристора происходит: при отключении тиристора фазного усилителя мощности тиристор регулятора закрыт. Ток в обмотке изменяется при замыкании ее на источник питания, включенный

встречно с э. д. с. самоиндукции обмотки. Конденсатор заряжается, в результате обеспечивается возврат энергии, накопленной в обмотке.

Кроме того, когда тиристор регулятора открыт, энергия, накопленная в обмотке, рассеивается на активном сопротивлении