книги из ГПНТБ / Миловзоров, В. П. Электромагнитные устройства автоматики учебник

оказывается такое автоматическое воздействие, благодаря которому эта разность напряжений уменьшается до заранее рассчитанной допу­ стимо малой величины. В стабилизаторе тока на элементы стабилиза­ тора воздействует разность между фактическим и заданным токами

в нагрузке.

Такой стабилизатор состоит из следующих основных элементов (рис. 7.16, а)\ измерительного, обнаруживающего отклонения выход­ ной стабилизируемой величины от заданного значения; усилитель­ ного, который усиливает обнаруженную разность напряжений или то­ ков, и исполнительного, с помощью которого компенсируется измене­ ние напряжения сети.

клонению

Эти стабилизаторы, представляющие собой систему автоматическо­ го регулирования, которая работает по принципу отклонения, назы­ вают еще к о м п е н с а ц и о н н ы м и . Однако термин «стабили­ затор по отклонению» точнее отражает принцип работы данного вида стабилизаторов. Эталонными источниками напряжения часто служат параметрические стабилизаторы небольшой мощности, выходное напря­ жение которых является тем эталоном, с которым сравнивается UCT мощного стабилизатора.

Усилительными и исполнительными элементами стабилизаторов могут быть электронные лампы, транзисторы, магнитные усилители, тиристоры, реостаты с перемещаемым движком и т. п.

В стабилизаторах напряжения цепей переменного тока, работаю­ щих по принципу отклонения, в качестве исполнительных и усилитель­ ных элементов удобно использовать магнитные усилители.

Нарве. 7.17, а показан магнитный усилитель, одновременно выпол­ няющий в стабилизаторе роль усилительного и исполнительного элемента. Его рабочие обмотки включены последовательно с первич­ ной обмоткой силового трансформатора Тр, от которого через выпрями­ тель В и фильтр Ф стабилизированное напряжение £/ст поступает к нарузке.

Измерителем отклонения выходного напряжения служат обмотки управления wyl и wy2, включенные встречно и питающиеся от ІІСТ через линейное R„ и нелинейное Rlfll сопротивления. Нелинейными

160

Если коэффициент усиления

то очевидно, что чем выше коэффициент усиления kv , тем меньше отклонение АІІСТ при неизменной рабочей области стабилизатора, которая определяется АUMy. Повышая чувствительность измеритель­ ного устройства и включая в схему предварительные каскады усили­ телей, можно довести ku до нескольких сотен, что соответствует под­ держанию (Уст = const с точностью до десятых долей процента. При­ менение усилителей с самонасыщением также способствует повышению точности стабилизации.

Рис. 7.18. Кривые намагничивания (о) и векторная диа­ грамма (б) магнитного усилителя для стабилизатора на­ пряжения

Если стабилизируется выходное напряжение переменного тока, то в качестве нелинейного сопротивления в измерительном устройстве можно применять насыщенный дроссель.

Если нагрузка стабилизатора увеличится от нуля до номинального значения, то будет изменяться и ток в первичной цепи трансформатора. Протекая по ра­ бочим обмоткам усилителя, этот ток способствует переводу характеристики уси­ лителя с одной кривой намагничивания на другую с напряженностью Н^ =>

— Если напряженность смещения принять неизменной, то при возраста­ нии I^ рабочая точка усилителя будет перемещаться в точку 3 (рис. 7.18, а), т е. на кривые с большими значениями Н Это вызовет возрастание индукции Вт

и напряжения (Уму даже при неизменном напряжении сети.

Осуществить стабилизацию выходного напряжения при изменениях тока нагрузки молено, применив компенсационный принцип работы систем автомати­ ческого регулирования. Компенсационный принцип работы состоит в том, что возмущение (в данном случае ток нагрузки), которое может вызвать уход регули­ руемой величины ((Уст), само предотвращает возможный уход этой величины. Для этого ток нагрузки вводят в дополнительную компенсационную обмотку WK (см. рис. 7.17, а), число витков которой рассчитывают так, чтобы дополни­ тельная напряженность постоянного поля Як переводила рабочую точку из на­ чального положения (точка 0) в точку 4 (рис. 7.18, а) на кривые намагничивания

162

с большими значениями Н^. Причем вместе с Нк перемещается и диапазон из­

менений напряженности управления ± / / у, которая продолжает выполнять свою роль, вызывая при изменениях напряжения сети перемещения рабочей точки на новой кривой намагничивания в точку 5 или 6.

тивным. Зная диапазон изменения напряжения сети от ІІт\п до £/гаах, можно определить диапазон изменений напряжения на магнитном усилителе, необхо­ димый для сохранения приблизительно неизменным напряжения на трансфор­ маторе, а следовательно, и выходного напряжения. Кратность изменения индук­ ции, равная

и 5-6 при холостом ходе и нагрузке.

Стабилизатор по схеме рис. 7.17, а может работать при колебаниях частоты сети ±(20—30)%. Для этого необходимо лишь обеспечить кратность изменения

при возможных наиболее трудных для сохранения стабильным (7Вых сочетаниях

/тіп> Омутах и /тах> ^mymlnЕсли же напряжение сети и частота изменяются в одном направлении, то диапазон изменения индукции даже уменьшится по

сравнению со случаем, когда ft = const.

Объем сердечника магнитного усилителя пропорционален вольт-амперной мощности, которая приходится на рабочие обмотки при максимальных напряже­

напряжение и ток, выраженные через индукцию и напряженность [см. формулы

(2.18) и (2.19)], получаем

Расчет магнитного усилителя для стабилизатора почти не отличается от расчета обычного усилителя, изложенного в § 3.7.

Отметим, что степень заполнения окна обмотками зависит так же, как у обыч­ ных усилителей, от напряженности Н^.

П р и м е р 7.4. Рассчитать магнитный усилитель для стабилизатора, если напряжение на его зажимах должно меняться от 50 до ПО в при изменении на­ пряжения сети от 190 до 230 в. Ток в первичной обмотке трансформатора 4 а; частота сети 50 гц. Для согласования с предварительным каскадом усилитель должен иметь две обмотки управления по 100 ом, ток управления которых может

дем, используя лишь одну кривую рис. 7.19. В данном случае от выбора напря­ женности Н^ также зависят размеры сердечника и число витков обмоток, как

Диапазон изменений индукции необходимо выбирать так, чтобы рабочий участок располагался на линейном участке кривой намагничивания.Если выберем

Вщ і МЛ

164

Выполним сердечник из пластин 111-40. Толщина набора одного сердечника

6 = & ь а = 8 слі ; / = 7,57-4 = 30 см.

Сечение провода обмоток wу (при /у.

Пусть стабилизированное напряжение 300 в, а ток нагрузки 2 а. Для созда­ ния напряженности смещения самим током нагрузки требуется число витков

Это соответствует проводу диаметром 1,5 мм, но он не рекомендуется ГОСТом, поэтому берем ближайший больший диаметром 1,56 мм.

Магнитные усилители применяют в стабилизаторах не только по схеме рис. 7.17. Магнитный усилитель МУ может быть включен с вольтодобавочным трансформатором ВДТ по схеме рис. 7.20, а.

На рис. 7.20, б показаны магнитные усилители, подключенные к автотранс­ форматору АТ. При повышении напряжения сети 714У1 размагничивается, а МУ2 подмагничивается, и ток к нагрузке поступает в основном от понижающей части автотрансформатора. При понижении напряжения сети магнитные усилители меняются ролями, и ток к нагрузке поступает преимущественно от повышающей части автотрансформатора.

Магнитные регуляторы напряжения, описанные в § 7.4, не отличаются жест­ костью характеристик і/н (/н) (см. рис. 7.14, г). При автоматизации производст­ венных процессов желательно, чтобы установленный уровень выходного напря­ жения автоматически поддерживался при изменениях тока нагрузки и напряже­ ния питающей сети. Такие стабилизированные регуляторы можно создать пол­ ностью на магнитных элементах, что обеспечивает повышенную надежность устройства. На рис. 7.20, в приведена структурная схема такого регулятора [1.181, работающего по принципу отклонения. Исполнительным элементом яв­

165

ляется одноили трехфазный магнитный регулятор МРН, усилительным — два поляризованных магнитных усилителя МУ! и МУ2, нагрузками которых яв­ ляются обмотки управления а- и ß- трансформаторов регулятора.

Измерительный элемент состоит из датчика эталонного напряжения ДЭН— параметрического стабилизатора небольшой мощности на насыщенном дросселе и суммирующего магнитного усилителя СУ, в одну управляющую обмотку кото­ рого от ДЭН подается ток іэ, задающий уровень выходного напряжения, а в дру­ гую — ток, пропорциональный выходному напряжению регулятора. При от-

Рис. 7.20. Варианты применения магнитных усилителей для ста­ билизации напряжения

клонениях выходного напряжения от заданной величины разность токов, из­ меренная СУ, усиливается одним из поляризованных МУ и, меняя степень подмагничепности а- или ß-трапсформатора, способствует приведению выходного напряжения к заданному значению. Величину эталонного тока легко устанав­ ливать с помощью потенциометра.

§ 7.6. УСИЛИТЕЛИ В СХЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРАМИ И ИОННЫМИ ПРИБОРАМИ

Существует большая группа ионных приборов (тиратроны, игни­ троны), управление которыми (зажигание или гашение) осуществляет­ ся подачей импульса напряжения на сетку или электрод. Широко при­ меняют также полупроводниковые приборы— тиристоры различных типов, представляющие собой управляемые вентили, момент отпира­ ния которых (а в запираемых тиристорах — и момент запирания) происходит за счет подачи импульса напряжения на управляющий электрод. В схемах управления используют магнитные усилители.

На рис. 7.21, а изображена простейшая схема регулирования ско­ рости вращения и реверса двигателя постоянного тока с помощью ти­ ристоров. Силовая часть схемы, состоящая из якоря двигателя Д и триодных тиристоров ТТХи 7Т 2, питается синусоидальным напряже­ нием. ТТХ проводит ток в положительном, а 7Т 2 — в отрицательном полупериоде. Среднее за период значение тока в якоре, равное раз-

166

ности токов тиристоров, определяется разностью фаз отпирания ти­ ристоров. Управление тиристорами осуществляется однополупериодными магнитными усилителями с самонасыщением МУХ и М У2 (см. рис. 3.5), рабочие цепи которых питаются через трансформатор Тр от одного с якорем источника синусоидального напряжения. В обмотку wу поступает сигнал управления постоянного тока.

Рассмотрим сначала работу верхней половины схемы, управляющей тиристором ТТі. За счет напряженности обмоток смещения wCM рабочая точка МУг в управляющий для него полупериод опускается в исходное состояние 1 (рис. 7.21, б) и точки 2достигает лишь к концу

Рис. 7.21. Схема управления тиристорами при питании синусоидальным напряжением

рабочего полупериода. Протекающий по цепи Uc — Д р — R0 — wp—

— Uс ток холостого хода создает на R0 падение напряжения с поляр­ ностью, указанной на рисунке. Параметры схемы должны быть рассчи­ таны так, чтобы это падение напряжения было меньше э. д. с. Ед отпи­ рания диода Д у. Поэтому цепь управляющего электрода УЭ тиристо­ ра ТТ1 остается запертой и, несмотря на прямое для тиристора ТТХ напряжение (совпадающее с рабочим полупериодом МУг), ток через ТТі не появляется.

При подаче тока сигнала в wy его напряженность Я у, направленная навстречу Нсм, уменьшает АВ у, а значит, и АВ р. В результате этого (ср. рис. 3.5) на сопротивлении R0 в момент as появляется скачок напряжения £/вых, который, преодолевая э. д. с. отпирания диода Д у, подводится к управляющему электроду тиристора ТТѴ Тиристор открывается, и в оставшуюся часть полупериода питающее напряже­ ние подводится к якорю. Эти процессы повторяются каждый положи­ тельный полупериод, благодаря чему по якорю течет ток, постоянная составляющая которого создает вращающий момент двигателя. Изме­

167

няя ток сигнала, меняют фазу cts МУ, а следовательно, и фазу отпи­ рания тиристора, ток якоря и скорость вращения двигателя.

Подставляя в (3.28) для реального сердечника Вг вместо ß s, полу­ чим напряжение питания рабочей цепи

U c . ср = 4 /® p S ß r .

Длительность фронта нарастания напряжения на УЭ может быть вычислена по эмпирической формуле

Здесь а — коэффициент прямоугольности сердечника МУ1г определяе­ мый при напряженности

Чем короче тф, тем меньше нагрев тиристора за время перехода из запертого состояния в открытое. Для уменьшения тф сердечник МУ выполняют из пермаллоя 50НП или 65НП с высоким коэффициентом прямоугольности а и включают дифференцирующую цепочку Ддиф —

тающего напряжения. На рис. 7.21, г приведена зависимость средних значений токов через тиристоры и якорь от тока сигнала.

Отметим, что каждая половина схемы управления на МУг или М У2, примененная отдельно (без общей обмотки управления), представляет собой быстродействующий магнитный усилитель (гл. V).

В схемах, подобно рассмотренным, магнитный усилитель выполня­ ет роль ф а з о и м п у л ь с н о г о м о д у л я т о р а , т. е. уст­ ройства, преобразующего сигнал постоянного тока / у в фазу импульса на управляющем электроде.

Однако при питании рабочей цепи МУ синусоидальным напряже­ нием величина этого импульса сильно зависит от его фазы и при из­ менении фазы в диапазоне 150—160° изменяется в 4—6 раз. Чтобы стабилизировать величину этого импульса можно «срезать» верхнюю часть синусоиды ІІСс помощью балластного сопротивления и стаби­ литронов, шунтирующих первичную обмотку трансформатора Тр

(рис. 7.21, а).

Лучшим способом, обеспечивающим постоянство импульса напря­ жения на управляющем электроде, является питание рабочей цепи МУ переменным напряжением прямоугольной формы. Рассмотрим одну из возможных схем (рис. 7.22, а). Рабочая цепь питается от источ­ ника постоянного напряжения через транзисторы 7\ и Т 2, переклю­ чаемые через трансформатор Трх синусоидальным напряжением, пи­ тающим анодные цепи тиристоров. Эти транзисторы выполняют роль диодов рабочей цепиЛІУ, нагрузкой которого являются сопротивления R0, включенные через развязывающие трансформаторы. Физические

168

Рис. 7.22, Схема управления тиристорами при питании постоянным напряжением

откуда

Таким образом, фаза выходного импульса схемы управления ти­ ристорами линейно связана с величиной Аß y, которая может быть опре­ делена по динамическим кривым размагничивания (см. рис. 3.7).

Для управления тиристорами в трехфазных цепях можно создать схемы, подобные рис. 7.22, а, состоящие из трех сердечников с рабо­ чими обмотками и нагрузками, включенными через развязывающие трансформаторы. Если базовые цепи переключающих транзисторов пи­ тать напряжением двух параллельно включенных вторичных обмоток, принадлежащих соседним фазам, то рабочий полупериод может быть

169