Отдельные элементы систем автоматического регулирования определенным образом связаны между собой. Эти связи могут быть механическими, электрическими, магнитными и др.
В автоматической системе всегда есть основная цепь воздействия, которая обеспечивает основной процесс автоматического регулирования. Связь, образующая путь передачи воздействия между звеньями, которые принадлежат к этой основной цепи, называется основной. Если связь обеспечивает передачу воздействия в направлении от регулятора к объекту, то она называется прямой.
Главной обратной связью в системе автоматического регулирования называется связь между ее выходом и входом (рис 1). Она служит для сравнения действительного значения регулируемой величины с ее требуемым значением, определяемым входным сигналом. В результате такого сравнения получается сигнал ошибки, который воздействует на систему так, чтобы ошибка не превышала допустимого значения.
Обратная связь осуществляется с помощью элемента обратной связи, предназначенного для выработки сигнала, пропорционального выходному сигналу системы.
В отдельном элементе (или группе элементов) также возможна обратная связь, называемая в этом случае местной обратной связью.
Обычно обратная связь характерна для усилителей, в которых она способствует увеличению коэффициента усиления или его стабилизации. На рис. 2 показана структурная схема усилителя с обратной связью. На выходе элемента обратной связи получается величина
x о.с = β y.
Величина β называется коэффициентом обратной связи, в зависимости от знака которого образуется положительная или отрицательная обратная связь.
Если сигнал обратной связи складывается с входным, то связь называется положительной, если вычитается – отрицательной. На входе усилителя при этом получается величина
x ± x о.с.
Обратная связь в зависимости от характера воздействия делится на жесткую и гибкую.
Обратная связь называется жесткой, если она действует как в установившемся, так и в переходном режиме.
Гибкая обратная связь действует только в переходном режиме, и ее действие прекращается в установившемся режиме.
Особое место занимают связи с отсечками, действие которых начинается только при определенных значениях основного возмущающего воздействия.
В качестве примера рассмотрим систему автоматического регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока.
Упрощенная принципиальная схема САР изображена на рис. 3. Привод выполнен по системе Г--Д с электромашинным усилителем ЭМУ, выполняющим функцию возбудителя.
Частота вращения двигателя является функцией напряжения генератора, которое, в свою очередь, зависит от тока в обмотке возбуждения генератора ОВГ, питающейся от ЭМУ. Требуемое значение частоты вращения устанавливается потенциометром П, от которого питается обмотка управления ОУ, являющаяся одной из обмоток возбуждения ЭМУ. Вал двигателя жестко соединен с валом тахогенератора ТГ, э.д.с. которого пропорциональна частоте вращения двигателя. От тахогенератора питается обмотка обратной связи ООС, также являющаяся обмоткой возбуждения ЭМУ. Третья обмотка возбуждения ОС т – стабилизирующая, питается от трансформатора Тр, включенного на выход ЭМУ.
Схема работает следующим образом. При увеличении частоты вращения двигателя выше заданной э.д.с. тахогенератора возрастает, что вызывает увеличение потока обмотки ООС и уменьшение общего потока возбуждения ЭМУ, вследствие чего уменьшаются напряжение на выходе ЭМУ и ток возбуждения в обмотке ОВГ. Частота вращения двигателя при этом снижается до прежнего значения. При уменьшении частоты вращения двигателя схема работает в обратном порядке.
В данной САР сигнал (э.д.с. тахогенератора), пропорциональный регулируемой величине (частоте вращения двигателя) с выхода системы подается на ее вход, т.е. осуществляется обратная связь по частоте вращения двигателя. Элементом главной обратной связи является тахогенератор. Обратная связь отрицательная, так как на входе системы сигнал обратной связи вычитается из входного. Элементом сравнения являются обмотки возбуждения ОУ и ООС электромашинного усилителя. В данной схеме главная обратная связь жесткая, так как ее действие сказывается и при постоянной скорости двигателя (установившийся режим), и при ее изменении (переходный режим). Местная обратная связь в ЭМУ по ее напряжению осуществляется с помощью стабилизирующего трансформатора Тр и обмотки ОС т. Эта связь гибкая, так как ток в обмотке ОС т будет протекать только в переходных режимах, когда по каким-либо причинам изменится напряжение на выходе ЭМУ.
В качестве второго примера на рис. показана упрощенная принципиальная схема привода по системе Г—Д с ЭМУ, применявшаяся на первых мощных экскаваторах ЭШ 14/75 и ЭГЛ 15. Здесь осуществлена жесткая отрицательная обратная связь по напряжению генератора U г и отрицательная обратная связь по току I я с отсечкой. Рассмотрим действие этой обратной связи.
Падение напряжения ∆ U на резисторе R при протекании тока якоря I я (∆ U = I я R) направлено встречно напряжению сравнения U ср. Таким образом, ток в цепи обмотки обратной связи ООСТ определяется разностью ∆ U − U ср. Но, так как в цепь обмотки ООСТ включен диод Д, ток в обмотке может протекать только в направлении падения напряжения ∆ U. Если ∆ U < U ср, ток в цепи обмотки ООСТ не протекает и обратная связь по току отсутствует. При ∆ U > U ср под действием разности этих напряжений по обмотке ООСТ протекает ток. Ее поток направлен встречно потоку обмотки управления ОУ, поэтому суммарный поток возбуждения ЭМУ уменьшается и напряжение на его выходе резко падает, что приводит к уменьшению потока возбуждения генератора, напряжение которого снижается почти до нуля. Сопротивление можно подобрать таким образом, что действие обратной связи будет начинаться при различных значениях тока нагрузки.
Аналогично можно осуществить обратную связь с отсечкой по напряжению, если источник напряжения сравнения и диод включить в цепь обмотки ООСН.
Вопросы:
1. Поясните назначение и принцип действия магнитного усилителя. Проанализируйте работу местной обратной связи в магнитном усилителе.
Магнитным усилителем называют электромагнитный статический устройство, в котором использовано свойство ферромагнитных материалов изменять свою магнитную проницаемость под влиянием намагничивания постоянным током, чем обеспечивается возможность управления в значительной мощностью нагрузки в цепи переменного тока с относительно малым постоянным током намагничивания. Роль управляемых элементов в магнитных усилителях
Самый простой магнитный усилитель без первоначального подмагничивания (рис. 6, а), составленный из двух дросселей насыщения.
На среднем стержне сердечника размещена управляющая (намагничивающего) обмотка, а на двух смежных стержнях - погрузочные (выходные) обмотки, соединенные последовательно и намотаны согласно.
При пропускании через обмотку управления постоянного тока магнитная проницаемость сердечника уменьшается и приводит к снижению индуктивного сопротивления нагрузочных обмоток, что, в свою очередь, вызывает увеличение тока в нагрузке. При этом указанное включения обмоток ток нагрузки исключает влияние переменных магнитных потоков (они взаимно уничтожаются) на обмотку управления, а в результате, и на источник постоянного тока. Характеристика управления (рис. 26, б) симметрична относительно оси ординат и свидетельствует о том, что такой усилитель нечувствителен к полярности входного сигнала, то есть одинаковым значением управляющих токов противоположной полярности отвечает один и тот же ток нагрузки.
Магнитный усилитель с вн у т р е н н е й об р а т н о й связью (рис. 4.6, а) не имеет специальной обмотки смещения, а в цепь каждой из нагрузочных обмоток, соединенных параллельно, вводят полупроводниковые диоды с противоположной полярностью. Этим обеспечивается дополнительное подмагничивание сердечника, так как в каждый из полупериодов по нагрузочным обмоткам протекают переменные и постоянные составляющие токов. Причем с увеличением нагрузочного тока возрастает и ток дополнительного подмагничивания.
В магнитном усилителе с внешней обратной связью (рис. 4.6, б) дополнительное подмагничивание обеспечивается специальной обмоткой со. с обратной связи, получающей питание с выхода усилителя через мостовой выпрямитель.
Характеристики управления магнитных усилителей с обратными связями имеют несимметричный вид, при этом рабочие точки режимов целесообразно выбирать на ветвях, имеющих большую крутизну. При этом предпочтение отдается внутренней обратной связи, отличающейся большей простотой и экономичностью.
2. Проанализируйте работу местной обратной связи в генераторе типе LG.
3. Какие электрические машины применяются в качестве электромашинных усилителей.
Электромашинные усилители (ЭМУ) ранее широко применялись в системах автоматического регулирования различных электроприводов. В настоящее время их иногда используют при автоматизации подъемных машин для динамического торможения при асинхронных двигателях с фазным ротором и для возбуждения пусковых генераторов в системах Г Д и их модификациях. По способу возбуждения ЕМУ различают: с самовозбуждением (параллельным и последовательным) и с поперечным полем. ЕМУ с поперечным полем представляет собой генератор постоянного тока с двумя парами щеток, установленных под углом 90 °. К щеткам продольной оси подключается нагрузка, а щетки поперечной оси накоротко замкнуты. Конструктивно ЕМУ с поперечным полем обычно объединяется с приводным электродвигателем. Существенные недостатки ЕМУ с поперечным полем - вредное воздействие гистерезиса, наличие вращающихся частей и щеток с коллектором.
