ПРИЛОЖЕНИЕ E
Элементы, входящие в состав аналоговых СУЭП (регуляторы, фильтры, задатчики, схемы выделения модуля и т.д.), реализуются, как правило, на операционных усилителях (рис.E.1).
Операционный усилитель (ОУ) – это усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления в разомкнутом состоянии. Наибольшее применение получили ОУ интегрального исполнения, которые характеризуются следующими основными показателями:
- дифференциальный коэффициент
усиления в разомкнутом состоянии Куо=103…105;
- напряжение питания Uп = 6,3…15 В;
- сопротивление нагрузки Rн = 2…5 кОм;
- входное сопротивление Rвх > 1 кОм;
- выходное сопротивление Rвых = 0,2…1 кОм;
- полоса пропускания f = 1 МГц.
Входной дифференциальный каскад ОУ имеет инвертирующий вход 1 (обозначается кружком) и не инвертирующий (или прямой) вход 2. При подаче входного напряжения на инвертирующий вход на выходе ОУ появляется напряжение противоположной полярности (инверсное) по отношению к полярности входного напряжения, при подаче напряжения на прямой вход изменения полярности выходного напряжения не происходит. Использование обоих входов ОУ расширяет возможности его применения. Принципиальная электрическая схема включения ОУ с использованием как инверсного, так и прямого входов представлена на рис.Е1.
Рис.E1. Схема включения ОУ
|
Выведем зависимость выходного напряжения ОУ от входных напряжений, для чего примем следующие допущения:
- входные токи ОУ малы и ими можно пренебречь (
=0);
- потенциалы входов одинаковы по величине и близки к нулю (
=0).
Для инверсного входа ОУ можно записать следующую систему уравнений (в операторной форме записи):
(E.1)
где 
- полное сопротивление i – го участка цепи в операторной форме записи, Ом.
Решение системы уравнений (E.1) относительно потенциала 1 входа 
позволяет получить следующее равенство:
. (E.2)
Для прямого входа ОУ уравнение для определения потенциала 2 входа 
принимает следующий вид:
. (E.3)
На основании равенства можно приравнять выражения (E.2) и (E.3) и решить равенство относительно выходного напряжения ОУ 
, в этом случае получается следующее уравнение:
(E.4)
Например, если используется только инверсный вход ОУ, то в этом случае 
, и выражение (E.4) примет вид:
, (E.5)
из которого можно получить выражение для определения передаточной функции ОУ по инверсному входу:
. (E.6)
Из выражения (E.6) видно, что передаточная функция ОУ определяется отношением полного сопротивления в цепи обратной связи к полному сопротивлению на входе ОУ, представленными в операторной форме. Если в цепи обратной связи ОУ включен конденсатор 
, а на входе ОУ- резистор 
, то в этом случае получится следующая передаточная функция ОУ:
, (E.7)
т.е. ОУ является интегрирующим (И) с постоянной времени интегрирования, равной произведению 
.
Если в ОУ используется только прямой вход, т.е. 
, то выражение (E.4) примет вид:
. (E.8)
Тогда на основании (E.8) можно получить выражение для определения передаточной функции ОУ по прямому входу:
. (E.9)
Если теперь в цепь обратной связи ОУ включить конденсатор, а во входной цепи использовать резисторы 
, 
и 
, то в этом случае передаточная функция по прямому входу определится:
. (E.10)
В этом случае ОУ получился пропорционально – интегральным (ПИ).
Таким образом, изменяя схемы включения и комбинации входных сопротивлений и сопротивления в цепи обратной связи ОУ, можно получить ОУ с требуемой передаточной функций.
Основные схемы включений ОУ, их передаточные функции и основные соотношения представлены в таблице E.
Рассмотрим выбор полярности напряжений в схеме СУЭП на примере ПИ регулятора тока, схема которого представлена на рис.Е2.
|
| Рис. Е2. Принципиальная электрическая схема регулятора тока |
Если задаться положительной полярностью входного напряжения +Uзт, то на выходе регулятора тока будет сформировано напряжение управления ТП отрицательной полярности –Uу (прохождение сигнала через инверсный вход). Для обеспечения отрицательной обратной связи по току якоря полярность напряжения обратной связи по току с выхода датчика тока должна быть отрицательной -Uот.
Поскольку напряжение управления имеет отрицательную полярность, следовательно, напряжение выбора выпрямительной группы ТП (напряжение логического переключающего устройства ЛПУ) в двигательном режиме работы должно быть одинаковой полярности с напряжением управления ТП, т.е. отрицательной. Для формирования сигнала на входе ЛПУ необходим релейный элемент, на вход которого подается сигнал, задающий значение якорного тока, т.е. сигнал с выхода регулятора скорости.
Поскольку регулятор тока имеет интегральную составляющую, то при неподвижном электроприводе в результате дрейфа нуля ОУ, может появиться выходное напряжение регулятора тока при нулевом задании. В этом случае включение электропривода в работу произойдет с броском якорного тока. Для исключения этого режима в обратной связи регулятора предусмотрен контакт Кл1, шунтирующий регулятор во время стоянки электропривода и размыкающийся при работе электропривода.
Рассмотрим пример реализации на ОУ задатчика интенсивности тока, принципиальная схема которого представлена на рис.Е.3.
|
| Рис. Е3. Принципиальная электрическая схема задатчика интенсивности тока якоря |
|
|
|
|
Для обеспечения одинакового коэффициента передачи по входам ОУ DA2 и DA4 необходимо выполнить условие равенства величин сопротивлений входных резисторов и резистора в цепи обратной связи: R5 = R6, и R10 = R11.
Поэтому принимаются величины сопротивлений резисторов R5 = R6 = R10 = R11= 10 кОм. Выходное напряжение релейного элемента DA2 ограничено на уровне ± 10В. Тогда для обеспечения необходимого темпа изменения выходного сигнала при постоянной времени Тзит = R8C2 = 0,0175 с, задаются величиной емкости конденсатора C2, например, равной 1,0 мкФ, и рассчитывается величина сопротивления подстроечного резистора R 8:
R 8 = 0,0175/1,0 = 17,5 кОм.
С учетом возможности подстройки значения Тзит в пределах 20% от расчетного значения, принимается величина сопротивления резистора R8 = 22 кОм. Тип подстроечного переменного резистора СП5-2В, рассеиваемой мощностью 0,5 Вт, остальные резисторы общего назначения типа МЛТ рассеиваемой мощностью 0,125 Вт и допуском ±5%. Конденсатор C2 типа К73-11 полиэтилентерефталатный низковольтный с допуском ±5%.