Cинхронізувальні пристрої та їх призначення

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Cинхронізувальні пристрої

1.1 Призначення синхронізувальних пристроїв

Синхронізувальні пристрої (ПС) застосовуються в двошвидкістних системах передачі кута, вони стужать для автоматичного перемикання приводу з одного каналу на інший (рис. 3.7, а). В результаті дії ПС при малих кутах розузгодження використовується сигнал каналу , а при розузгодженнях, що більші за деякий граничний кут , що називається кутом перемикання, канал автоматично відключається і до входу підсилювача підключається канал . Аналогічне перемикання з каналу на канал відбувається при відпрацювання початкових (великих) кутів розузгодження, коли розузгодження зменшується до кута перемикання .

В техніці відомі різні за будовою і принципу дії ПС. Проте всі вони виконані на основі нелінійних елементів, що дозволяють змінити стан схеми на вході в залежності від призначення сигналу каналу .

Існують ПС з повним і неповним розділом каналів. В схемах з повним розділом на вхід підсилювача подається напруга тільки одного каналу ( або ) при відключеному другому каналі (рис. 4.1, а). Статичні характеристики ПС кожного діапазону роботи нелінійні, але в сукупності дають неперервну лінійну характеристику.

В схемах з неповним розділом каналів при вмиканні каналу або не відключається, а напруга обмежується або дещо зменшується, внаслідок чого на вході підсилювача діє сигнал і послаблений сигнал (рис. 4.1,б). Аналогічно працює ПС при зворотному перемиканні. Такі пристрої простіші, але в них можливе взаємний вплив одного каналу на інший.

До ПС як до елементів СП пред'являються наступні вимоги:

надійність перемикання;

відсутність або мінімальний вплив одного каналу на інший;

неперервність (відсутність розривів) статичної характеристики

;

простора будови;

малі розміри і зручність компоновки в одному корпусі з підсилювачем.

В якості нелінійних елементів у ПС використовуються ключові схеми на діодах і стабілітронах, неонові лампи, реле.

1.2 Основні схеми синхронізувальних пристроїв

1.2.1 Синхронізувальний пристрій з електромагнітним реле

В розглядуваному ПС в якості нелінійного елемента служить електромагнітне реле. Схема найпростішого ПС з реле змінного струму дано на вис. 4.2, а. Обмотка реле ввімкнена в ланцюг обмотки сельсина-трансформатора каналу , тому стан контактів реле залежить від напруги розузгодження . При кутах розузгодження, що менші за кут перемикання , напруга, яка знімається з обмотки сельсина, недостатня для спрацювання реле. Управління здійснюється по каналу подачею напруги через розмикальний контакт реле. При куті розузгодження, що більший за кут перемикання , струм в ланцюгові перевищує струм спрацювання реле , і воно своїм замикальним контактом підключає до підсилювача обмотку каналу . Перевага даної схеми полягає в повному розділенні каналів.

Проте застосування розглянутого ПС обмежене внаслідок значної напруги, при якій відбувається перемикання управління з каналу на канал . Для зменшення межі перемикання напругу похибки , яка надходить на обмотку реле, попередньо підсилюють з допомогою підсилювача. С схемі ПС з попереднім підсиленням (рис. 4.2, б) напруга каналу надходить на двоканальний підсилювач, навантаженням якого служить обмотка реле .

Межа перемикання управління каналу на канал регулюється подачею додатної опорної напруги на неінвертований вхід операційного підсилювача , на інший вхід якого (інвертувальний) надходять від'ємні півхвилі напруги , сформовані діодом , конденсатором (для згладжування пульсацій) і резистором .

Операційний підсилювач , ввімкнений по схемі компаратора, порівнює сигнал каналу з опорною напругою. До того часу, поки , з сиходу компаратора знімається напруга від'ємної полярності. Транзистор , на якому побудований другий каскад підсилення, закритий, реле знеструмлене, і ПС працює від каналу . При розузгодженнях, що більші з кут перемикання , , і вихідна напруга компаратора стрибками досягає другого граничного стану .

Транзистор відкривається, реле спрацьовує. А управління переходить до каналу .

В схемі ПС передбачені елементи захисту: діоди , , що ввімкнені між входами підсилювача для захисту від великих вхідних сигналів; діод , що запобігає транзистор від перенапруг, які виникають в схемі в момент вимикання транзистора від ЕРС самоіндукції обмотки реле. Елементи і , забезпечують фільтрацію високочастотної складової сигналів компаратора.

За рахунок застосування реле постійного струму схему ПС на рис. 4.2, б має виграш в надійності, а також в розмірах і масі порівняно з ПС на рис 4.2, а. Проте загальним недоліком обох схем є наявність контактів, що знижують надійність ПС.

У відношенні надійності, простоти виготовлення, швидкодії безперечні переваги перед контактними ПС мають безконтактні пристрої з застосуванням діодів і неонових ламп.

1.2.2 Синхронізувальні пристрої на діодах

Синхронізатор (рис. 4.3, а) складається з двох суміжних контурів, побудованих на базі вихідних обмоток сельсинів-трансформаторів каналів і та чотирьох діодів , ввімкнених попарно зустрічно-паралельно для забезпечення протікання струму на протязі обох півперіодів. В каналі діоди , ввімкнені паралельно навантаженню і завдяки властивості змінювати внутрішній опір в залежності від прикладеної напруги виконують роль амплітудного обмежувача напруги похибки.

При напругах розузгодження, що менші напруги перемикання, опір діодів в прямому напрямку великий, і все падіння напруги в каналі розподіляється між резисторами і . Отже, напруга на виході змінюється лінійно і пропорційно до напруги на вході. В каналі в цей час вихідний сигнал формується таки чином, що його амплітуда стає близькою до нуля: велика частина напруги падає на діодах , , ввімкнених послідовно з навантаженням. Таким чином, управління здійснюється з допомогою напруги, що надходить з каналу .

При напругах розузгодження, що перевищують поріг вмикання обмежувача, внаслідок різкого зменшення прямого опору діодів і їх шунтувальної дії напруга на виході каналу перестає змінюватися і залишається рівною напрузі, що відповідає куту перемикання. Управління переходить до каналу , оскільки в ньому також відбудеться перерозподіл падіння напруги і вся напруга виділиться на резисторі . В результаті на виході ПС напруга буде визначатися сумою

(рис. 4.3, б).

Для нормальної роботи синхронізатора важливо, щоб всі діоди мали близьку по значенню напругу (рис. 4.3, в) і щоб вони були спів розмірні з напругою перемикання каналів.

Недоліком розглянутого синхронізатора є залежність напруги від температури, розкид характеристик випрямляльних елементів і відсутність чіткого розділу каналів. З цієї точки зору особливо слід зупинитися на можливості застосування в ПС стабілітронів, які володіють характеристиками з двома перегинами в додатній та від'ємній областях (рис. 4.3, г). Завдяки цьому стабілітрон діє як безконтактний комутатор, що розмикає ланцюг при роботі каналу і чітко обмежує сигнал при великих похибках розузгодження.

Зменшення взаємного впливу каналів можна добитися застосуванням схеми на діодах з опорною напругою (рис. 4.4). При малих кутах розузгодження діоди та , що утворюють мостову схему разом з резисторами та , закриті напругою , що прикладена до діагоналі мосту. При цьому до входу операційного підсилювача подається напруга з , тобто підключено канал . При напругах , що перевищують половину

напруги , діоди та відкриваються, і управління переходить до каналу . Напруга з сельсина при цьому не чинить дії, оскільки опір значно більший за опір , і вся напруга падає на .

1.3 Вибір синхронізувального пристрою

При виборі ПС куруються в основному вимогами надійності, простоти виготовлення і можливості компоновки його в одному корпусі з підсилювачем сигналу розугодження. Перевага віддається безконтактним пристроям. Замітимо, що область застосування ПС на неонових лампах обмежена внаслідок можливості хибного спрацювання від загального рівня радіації.

Розрахунок ПС зводиться до наступного:

визначення меж перемикання;

перевірка стану напруг і в критичних точках ПС з неповним розділом каналів;

розрахунок параметрів елементів схеми ПС;

перевірочний розрахунок.

Зону перемикання каналів управління рекомендується вибирати в межах діапазону роботи каналу :

Для надійної роботи ПС необхідно, щоб при малих кутах розузгодження (рис. 4.5, а) напруга каналу перевищувала напругу каналу . Ця умова може бути порушена внаслідок в наслідок зміщення напруги (штрихові лінії), обумовленої інструментальною похибкою сельсина. При від'ємній похибці і куті перемикання ПС буде узгоджуватися по каналу , оскільки . Щоб виключити можливість узгодження ПС з великою похибкою по каналу , необхідно виконати умову

Куту перемикання вибраному згідно (4.1), відповідає правильне співвідношення напруг .

Синхронізатори виконують свої функції тим краще, чим вище лінійність залежності їх вихідної напруги від вхідної всередині меж перемикання. Ця властивість визначається як властивостями основних нелінійних елементів (діодів, реле, неонових ламп), так і правильним вибором резисторів схем.

Тип основного елемента вибирають з врахуванням значень характерних напруг (напруг закривання діодів. спрацювання реле, запалювання неонової лампи), які повинні бути спів розмірні з напругою сельсинів в точці перемикання. При значному розходженні цих напруг застосовують підвищуючий трансформатор або підсилювач з коефіцієнтом підсилення, що дорівнює відношенню напруг.

Приблизна послідовність розрахунку синхронізатора на діодах (див. рис. 4.5, а).

При заданій похибці каналу вибираємо межу перемикання з умови (4.1).

Для виключення можливості перемикання привода на і узгодження по хибному нулеві необхідно виконати умову - напруга повинна в рази перевищувати максимальну напругу після обмеження в точці

(рис. 4.5, б)

Тобто

, (4.2)

Де

(4.3)

.(4.4)

З двох кутів перемикання і (див рис. 4.5, б) співвідношення (4.2) виконується тільки для кута , оскільки в точці

напруга підвищує більше ніж в 2 рази. Кут вибраний неправильно, оскільки в точці

напруга .

Якщо умова (4.2) не виконується, необхідно зменшити межу перемикання, вибравши точніші сельсини.

Вибір елементів схеми починаємо з вибору діодів, виходячи з вимоги співрозмірності значень нульової прямої напруги діодів і напруги обмеження каналу . Опір вибраного діоду визначаємо по вольт-амперній характеристиці як

.

При виборі резисторів керуються наступними міркуваннями: обмежувальний опір резистора повинен бути більшим внутрішнього опору відкритого діоду , але меншим за опір навантаження (). Опір резисторів , вибирають рівним або дещо більшим, ніж допустимий по технічних умовах на сельсини-приймачі опір навантаження.

При відсутності цього параметру в паспортних даних опір резистора беруть на порядок більшим, ніж опір резистора , який знаходять з умови обмеження максимальної напруги каналу , коли діоди шунтують навантаження.

Вихідна напруга ПС по каналу визначається, з одного боку, дільником , :

синхронізувальний електромагнітний напруга діодний

. (4.5)

З іншого боку, рівень вихідної напруги дорівнює рівню обмеження, визначеному за значенням прямої напруги діодів:

. (4.6)

Опір резистора визначаємо, порівнюючи праві частини (4.5) та (4.6):

. (4.7)

Перевірочний розрахунок ланцюгів каналів і проводимо по струмові у відповідності з вибраними значеннями опорів:

; ,

де - опір обмотки сельсина.

Розрахунок виконано правильно, якщо виконується умова .

Размещено на Allbest.ru