42. Лабораторный стенд по исследованию замкнутых характеристик электропривода.
2.1.Описание лабораторного стенда.
Лабораторный стенд является универсальным и предназначен для изучения системы «Преобразователь – двигатель постоянного тока» (П-ДПТ) с жесткой отрицательной обратной связью по скорости, с жесткой положительной обратной связью по току якоря двигателя, с жесткой отрицательной обратной связью по напряжению, выявления влияния параметров цепи обратной связи и объекта управления на жесткость механических характеристик двигателя и на качество переходных режимов.
В состав лабораторного стенда входят следующие узлы:
Генератор задающего сигнала
Генератор схема, которого показана на рис.2.1., вырабатывает переменное напряжение симметричной прямоугольной, треугольной и синусоидальной форм, а также формирует ступенчато изменяющееся напряжение. Частота генерируемых колебаний регулируется ступенчато и может принимать следующее значение, из: 0,1; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 10; 15; 20; 25; 30 Гц.
Устройство состоит из генератора напряжения треугольной формы (DA1 ÷ DA3), преобразователя этого напряжения в синусоидальное (VT1; VT2), каскада компенсирующего вносимое преобразователем ослабление сигнала (DA4), фильтра (DA5) и генератор напряжения треугольной формы состоит из компаратора (DA1), интегратора (DA2) и усилителя (DA3). Напряжение треугольной формы получается в результате перезаряда конденсатора С1 неизменным током, определяемым напряжением в точке а и сопротивлением R4.
При напряжении на выходе компаратора DA1. Близком к –10В, напряжение в точке с, равняется напряжению стабилизации стабилитрона VD1; при напряжении более +10В, также напряжению стабилизации стабилитрона VD1, но в другом направлении.
Таким образом напряжение в точке а в обоих случаях одинаково, за исключением знака, и ток через статор с1 (как зарядный, так и разрядный) определяется выражением I=(Va)/R, где R – сопротивление резистора R4. Изменение полярности напряжения на выходе компоратора происходит в момент, когда усиленное усилителем DA3 линейно нарастающее или спадающее напряжение на инвертирующем входе становится равным напряжению на его неинвертирующем входе, то есть в точке а.
Требуемый период генерируемых колебаний устанавливается переключением с* и R*, на рис.2.1. переключателем не показан. Зависимость периода Т от сопротивления резистора линейная:
,
где R и с – соответственно сопротивление и емкость включенных переключателем резистора и конденсатора интегратора.
Для получения напряжения синусоидальной формы применен нелинейный преобразователь, выполненный на транзисторах VT1, VT2 и диодах VD2 ÷ VD9. Делители R11 ÷ R14 и R18 ÷ R21 в эмиттерных цепях транзисторов создают опорные напряжения, определяющие напряжения открывания диодов. В зависимости от амплитуды напряжения треугольный формы, поступающего с выхода усилителя DA3, соответствующий диод открывается и коэффициент передачи делителя и на неинвентирующий вход DA4 поступает напряжение, близкое по форме к синусоидальному. Диоды VD2 ÷ VD5 формируют отрицательную полуволну напряжения, VD2 ÷ VD9 положительную. Симметричности формы добиваются подстрочными резисторами R9 и R23. По данным [9] коэффициент гармоник синусоидального напряжения не превышает 1,5%.
Нужную форму сигнала выбирают переключателем SA1, амплитуду регулируют переменным резистором R27 (в схеме стенда заменен переключателем «Амплитуда»).
Генератор питается от двуполярного источника с напряжением ± 15В.
Рис.2.1. Генератор задающего сигнала
Управляемый преобразователь
Управляемый преобразователь на рис.2.2. представляет собой усилитель мощности. Он состоит из каскада усиления напряжения на операционном усилителе DA1 и выходного каскада VT1 ÷ VT4. Управляемый преобразователь позволяет получить двуполярное напряжение амплитудой ± 27В при токе нагрузки до 1,5А, и напряжения задания ± 10В.
Каскад усиления напряжения сигнала выполнен на ОУ DA1. Как видно из схемы, в цепь его питания подается часть выходного сигнала через цепь R6, C1, C2, R4, R5 (вместе со стабилитронами VD1 и VD2 элементы этой цепи, кроме резистора R6, обеспечивают стабилизацию и фильтрацию питающих напряжений).
В результате напряжения на выводах питания ОУ при максимальном сигнале смещаются, относительно общего провода, в соответствующую сторону и размах выходного сигнала ОУ значительно увеличивается.
Выходной каскад выполнен по схеме «параллельного» усилителя [10]. Транзисторы VТ1 и VТ3 образуют один канал усиления по току, VТ2 и VТ4 – другой. Сопротивления резисторов R7 и R8 и напряжение источников питания одинаковы. Входы и выходы каналов соединены параллельно. Для обеспечения термостабильности транзисторы VТ2 и VТ3 закреплены без прокладок на одном радиаторе, VТ1 и VТ4 – на другом. Для увеличения амплитуды выходного напряжения в исходный «параллельный» усилитель введен диод VD3. В отсутствии сигнала и при малых его значениях диод закрыт приложенным к нему напряжением обратной полярности. Во время увеличения входного напряжения. Например в положительную сторонуэто напряжение начинает уменьшаться, так как транзистор VT3 открыт и на его эмиттере сигнал продолжает увеличиваться. Наконец диод VD3 открывается, и вместо накала усиления на транзисторах VТ1, VТ3 образуется канал на транзисторах VT2, VT3 и диоде VD3. При усилении сигнала нарастающего в отрицательную сторону, аналогичным образом образуется канала на транзисторах VТ1, VТ4 и диод VD3. Для устранения резких шумов сигнала в моменты его ограничения и открывания диода VD3 последний шунтирован резистором R9.