ствие счетчик (С), жестко соединенный с валом двигателя. Тахогенера-тор, ротор которого (РТГ) также соединен с валом двигателя, образует цепь обратной связи.

Напряжение, снимаемое с его выходной обмотки и^. (/), подается на вход усилителя навстречу напряжению сигнала (/). Обратная связь повышает точность и быстродействие такого интегратора.

Определим основные характеристики этой схемы. Напряжение, получающееся на входе усилителя, равно разности входного сигнала и напряжения тахогенератора. Оба они имеют одинаковую фазу и одн-* наковую частоту, равную частоте тока сети со. Поэтому на выходе усилителя получаем напряжения

Uy (О = (О cos Ы ky [U ,c (О - t/mr p (0/ о] COS со/. (4.34)

Здесь ky - коэффициент усиления усилителя по напряжению.

Выходное напряжение усилителя подается на обмотку управления двигателя .и в соответствии с его регулировочной характеристикой, имеющей наклон = (nJUm, ротор двигателя будет вращаться со скоростью

(,=-kU ,{t)==k,ky[UmAt)-mr%it)f%l . (4.35)

Амплитуда напряжения, развиваемого тахогенератором, пропорциональна скорости вращения его ротора. Пусть роторы двигателя и тахогенератора соединены непосредственно, тогда сОр (/) = сОд (/).

Подставив последнее выражение в (4.35), получим уравнение, из которого легко определить скорость вращения роторов двигателя и тахогенератора:

СОд (О = Л^тс (0/(1 +д^у^г), (4.36)

где = VmJo - наклон характеристики тахогенератора.

Счетчик, показывающий угол поворота, совершенный роторами на интервале времени от до /г. выдает показание:

f{U-t,)- \ СОд (/) dt = I т. (t) dt. (4.37)

Одно из преимуществ, которое получается при введении обратной связи, заключается в том, что возрастает точность интегриров-анйя. Под действием ряда причин усиление усилителя меняется. Так же меняется и наклон характеристики управления двигателя, так как он зависит от амплитуды напряжения сети и в общем случае от скорости вращения двигателя (нелинейность характеристики управления).

В схеме с обратной связью практически всегда можно выбрать произведение .у^д^г 1.

В этом случае выражение (4.37) упрощается и приобретает вид

fik-ti).

(О dt.

(4.38)

В системе без обратной связи Л,. = О и показания счетчика

/(4-i) = V.,S rnAi)dt. (4.39)

Характеристику тахогенератора можно получить более стабильной, цем характеристики двигателя и усилителя. Поэтому ее наклон практически ие зависит от времени и напряжения сети и интегрирование происходит с малой ошибкой, зависящей лишь от того, насколько больше произведение kykk в сравнении с единицей. Эта ошибка может быть сделана весьма малой, если выбрать усиление усилителя

достаточно большим. В схеме без обратной связи изменения ky и Ад полностью регистрируются счетчиком и дают ошибку.

Достоинство рассматриваемой схемы интегратора в возможности интегрировать очень медленные изменения амплитуды сигнала Umc (О и даже неизменный во времени по амплитуде сигнал.

Быстродействие рассмотренного интегратора зависит от инерционности двигателя. Инерционность двигателя заключается в том, что при подаче скачком на его обмотку напряжения управления ротор приобретает соответствующую напряжению скорость не сразу, а с некоторой задержкой, определяемой разгоном или торможением. В сравнении с механической инерционностью суммарное запаздывание в установлении тока управления, тока ротора и магнитного потока оказывается весьма малым и им можно пренебречь.

При установившейся скорости ротора двигателя механический момент /И, развивающийся в нем, уравновешивается моментом сопротивления Мс, зависящим от нагрузки, которая подсоединена к ротору, а также от трения о воздух и в опорах ротора. Этот момент пропорционален скорости вращения ротора:

(4.40)

где А(. - коэффициент пропорциональности.

При изменяющейся скорости вращения возникает дополнительный момент сил инерции, пропорциональный угловому ускорению и моменту инерции:

(4.41)

где J - момент инерции ротора и вращающихся вместе с ним деталей нагрузки двигателя. Поэтому скорость вращения ротора в динамике бедует определять из дифференциального уравнения:

М = J + СОдАс.

(4.42)

Механический момент М, развиваемый исполнительным двигате- м, прямо пропорционален амплитуде тока управления. При сделан-

3 А. И. Иваиов-Цыганов

ных оговорках можно считать установление тока управления мгновенно следующим за напряжением на управляющей обмотке, т. е.

M=KUm, (4.43)

где - коэффициент момента.

Поделив и правую, и левую части уравнения (4.42) на коэффициент сопротивления вращению ротора k, и заменив в нем момент М на произведение k Umn получим иную форму сго записи:

+ д. (4.44)

Дробь kjkc дает не что иное, как введенный ранее коэффициент k. В этом нетрудно убедиться, положив для установившегося режима

ddijdt = 0. Множитель при производной в линейном дифференциаль-

ном уравнении первого порядка с постоянными коэффициентами [см.

(2.25) и (2.26)] определяет постоянную времени системы, в данном j

случае двигателя. Таким образом, !

T,= J/K. (4.45) .

Определим, инерционность рассмотренного интегратора. Будем считать усилитель широкополосным и поэтому безынерционным. Процесс установления выходного напряжения в тахогенераторе по аналогии с двигателем следует без задержки за процессом установления скорости его ротора. По этой причине в динамике все соотношения, полученные при анализе интегратора, кроме (4.35), не станут интегро- дифференциальными, а останутся алгебраическими.

Подставив в (4.44) амплитуду управляющего напряжения из (4.34) и амплитуду напряжения тахогенератора из (4.30), получим дифференциальное уравнение, определяющее динамику установления скорости роторов двигателя и тахогенератора в рассматриваемой схеме интегратора:

J + Jr + Jz д^О

Му[шс (0-Мд(0] =

+ С0д(0, (4.46)

kykjl.

(4.47)

l-fVA*r *c2:(l+Wr) Сопоставив (4.47) с (4.44), приходим к выводу, что благодаря введению обратной связи постоянная времени, определяемая моментом инерции всех вращающихся частей интегратора, уменьшилась в 1 4- kykjkj. раз. Интегратор получился более быстродействующим, чем установленный в нем двигатель.

Современные исполнительные двигатели имеют постоянную времени порядка десятой доли секунды. Следует отметить, что, вводя силь-

где Уд, /р, - моменты инерции двигателя, тахогенератора и счетчика;

сд, сг. сс - коэффициенты, определяющие моменты сопротивления

их вращению. ,

Переносом члена с (Од (t) из левой части в правую и делением на

1 + kykk приведем это уравнение к виду ,

ную обратную связь ((1 -f kykk,) > 1), не всегда удается достичь сильного ускорения процессов установления в системе двигатель- тахогенератор. Причиной является влияние тех процессов, которые ранее при инерционном двигателе считались происходящими мгновенно. Уменьшение эквивалентной постоянной времени двигателя введением обратной связи через тахогенератор приводит к тому, что процессы установления токов в обмотках двигателя, тахогенератора н их роторов уже не происходят мгновенно и существенно сказываются на инерционности всей схемы. Введением обратной связи через тахогенератор часто пользуются для уменьшения постоянных времени асинхронных двигателей, стоящих в системах управления.

§ 4.5. Сельсины

В устройствах автоматического управления блоками радиосистем широкое применение находят специальные синхронные машины для передачи с помощью электрических сигналов угла поворота от одного из механизмов к другому или для обеспечения синхронного поворота этих двух механизмов. Называются такие машины сельсинами.

Сельсин представляет собой асинхронную машину с контактными кольцами, через которые осуществляется включение роторных обмоток. Обычно на роторе выполняется трехфазная обмотка, а на статоре - однофазная с явными полюсами (рис. 4.17).

В системе передачи угла поворота применяют две аналогичные машины, одна из которых является сельсином-датчиком (СД), а вторая сельсином-приемником (СП). Обмотки возбуждения и датчика, и приемника подключают к сети, а обмотку ротора через щетки соединяют проводами друг с другом (см. рис. 4.17).

При одинаковом положении роторов двух сельсинов по отношению к своим статорам в их обмотках наводятся одинаковые э. д. с. и уравнительных токов в соединительных проводах нет.

Если ротор одного из сельсинов повернуть на некоторый угол б, го э. д. с, наводимые в его роторных обмотках, изменяются по амплитуде. В соединительных проводах и обмотках двух роторов возникнут Уравнительные токи. Эти токи, взаимодействуя с полем возбуждения, Создадут вращающие моменты, стремящиеся повернуть роторы так. Чтобы угол рассогласования В стал равным нулю. Повернется ротор сельсина приемника, преодолевающий меньший нагрузочный момент. Так осуществляется передача угла поворота ф от сельсина-датчика к сельсину-приемнику.

Рассмотренный режим работы сельсинной передачи называется индикаторным, так как применяется только для передачи угла Поворота на индикаторную стрелку, установленную на оси сельсина-

3* 67

Рис. 4.17

(С

li [

приемника. Большая нагрузка сельсина-приемника приводит к большим ошибкам в передаче угла. Чтобы передать угол поворота на нагрузку, требующую значительного момента, применяют иное включение сельсина-приемника, называемое трансформаторным.

Обмотка возбуждения сельсина трансформатора (рис. 4.18) включается на вход усилителя, управляющего исполнительным двигателем. К валу исполнительного двигателя через редуктор подсоединены как нагрузка, так и ротор сельсина-трансформатора.

Если ротор сельсина-трансформатора стоит в положении согласном с ротором сельсина-датчика, то пульсирующее магнитное поле возбуждения сельсина-датчика наводит токи в его роторных обмотках, а эти токи, протекая по обмоткам ротора сельсина-трансформатора, вызывают в его магнитной цепи появление такого же пульсирующего

магнитного поля. Это наводит -Uc большую э. д. с. в обмотке возбуждения сельсина-трансформатора.

Если теперь повернуть ротор сельсина-трансформатора на 90°, то создаваемый токами его роторных обмоток магнитный поток будет пульсировать в плоскости витков обмоткн статора и наводимая в ней э. д. с. станет равной нулю. Повернув ротор сельсина-трансформатора еще на 90° в том же направлении, получим в его обмотке возбуждения опять большую э. д. с, но фаза ее будет отличаться от первоначальной на 180°. Эта особенность системы из двух сельсинов и используется для управления исполнительным двигателем.

В кольцо обратной связи, управляющее вращением двигателя, входят: обмотка возбуждения сельсина-трансформатора, усилитель, обмотка управления исполнительного двигателя, обмотка ротора сельсина-трансформатора. Направление вращения двигателя выбирается таким, что поворот ротора приводит к уменьшению амплитуды напряжения, наведенного в обмотке возбуждения сельсина-трансформатора (обратная связь отрицательная).

В такой системе регулирования получается только одно устойчивое состояние, соответствующее нулевому напряжению на входе усилителя, и следовательно, ротору сельсина-трансформатора, сдвинутому на 90° по отношению к ротору сельсина-датчика. Двигатель, управляемый усилителем, вращает ротор сельсина-трансформатора и нагрузку до тех пор, пока напряжение, снимаемое с ротора и подаваемое на вход усилителя, не станет равным нулю. Это произойдет при угле рассогласования роторов, равном 90°.

Момент, поворачивающий вал нагрузки, зависит от мощности двигателя и замедления, даваемого редуктором. Так осуществляется передача угла с большим моментом с помощью сельсина-трансформатора-

Рис. 4.18

Глава V

Основные характеристики источников питания радиоустройств и схемы их построения

г

§ 5.1. Схемы построения источников питания радиоустройств

Источник питания предназначен для снабжения электрической энергией радиоустройств. Он сложен и состоит их целого ряда разнотипных устройств и блоков. Представление о входящих в него блоках, их физическом содержании и роли в процессах преобразования энергии дает структурная схема источника рис. 5.1.

Первым элементом этой схемы является первичный источник электрической энергии {ПИЭЭ), или просто первичный источник питания [ПИП]. Первичный источник - это устройство,- в котором вырабатывается электрическая энергия. Он является преобразователем одного

вип

flpeoifp

Рис. 5.1

из неэлектрических видов энергии (механической, тепловой, химической и др.) в электрическую. Поэтому к нему либо подводится энергия от какого-нибудь неэлектрического генератора, например тепловая, механическая, либо он содержит запас энергии, например химической.

В качестве-первичных источников широко применяют электромашинные генераторы, которые преобразовывают в электрическую механическую энергию вращающихся масс. Применяют и тепловые генераторы - устройства, непосредственно преобразующие тепловую энергию в электрическую.

Преобразователями химической энергии являются гальванические элементы и аккумуляторы. В атомных источниках электрической энергии используется энергия распада или синтеза ядер. Перечисление различных типов первичных источников можно было бы продолжить, но названные типы таких источников дают достаточно полное представление о содержании введенного термина и их месте в структуоной схеме.

Напряжение на выходе первичного источника во время его работы не остается постоянным. Оно зависит как от величины подводимой источнику неэлектрической мощности, так и от потребляемой от сточника нагрузкой электрической мош,ности.