описание схем. схемы описание. 1. Бестокавая коммутация сильноточного контактора
 Скачать 2.53 Mb.
|
 Рис. 10.29. Зависимость скорости вращения ротора серводвигателя руля СР от напряжения на обмотке управления 2 Этот серводвигатель предназначен для перемещения ( через гидроусилитель, на рис. 10.27 не показан ) барабана насоса Холла. Чем быстрее вращается ротор, тем быстрее перемещается барабан насоса Холла, тем быстрее нарастает давление в системе гидравлики рулевой, тем больше скорость перекладки пера руля. С одной стороны, это хорошо, но с другой быстрое нарастание давления в системе гидравлики может вызвать гидравлический удар, при котором возможно повреждение клапанов и даже разрыв масляного трубопровода. Чтобы избежать таких ударов, в схеме используется тахогенератор ТГ, который уменьшает скорость вращения ротора СР и тем самым позволяет избежать возникновения гидравлических ударов. Более подробное объяснение действия тахогенератора в схеме приведено ниже. Реверсивный магнитный усилитель Устройство Реверсивный магнитный усилитель состоит из четырех магнитных усилителей МУ1…МУ4, включенных по так называемой мостовой схеме ( рис. 10.27 ). Эта схема изображена в несколько ином виде на рис. 10.30.  Рис. 10.30. Мостовая схема реверсивного магнитного усилителя Как известно из курса электротехники, мостовой называется схема, имеющая четы- ре «плеча» и две диагонали. Применительно к данной схеме, «плечами» являются четыре магнитных усилителя МУ1…МУ4, а диагоналями – питающая ( с точками «А» и «В») и выходная ( с точками «С» и «D» ). На входную диагональ ( точки «А» и «В» ) подается напряжение 127 В со вторичной обмотки трансформатора Тр1, с выходной ( точки «В» и «С» ) снимается напряжение на обмотку управления 2 серводвигателя руля СР. На рис. 10.3 обмотки управления ОУ магнитных усилителей МУ1…МУ4 не показаны. Магнитные усилители На сердечнике каждого магнитного усилителя ( рис. 10.27 ), например, МУ1, Находятся две рабочие обмотки РО1 и РО2 и обмотка управления ОУ. Рабочие обмотки при помощи диодов VD1 и VD2 включены по схеме с внутренней положительной обратной связью. Суть этой схемы состоит в том, что рабочие обмотки из-за диодов пропускают ток поочередно, каждая в «свою» половину периода переменного напряжения. Иначе говоря, ток в любой рабочей обмотке – выпрямленный однополупериодный. Как известно из курса электротехники, такой ток имеет две составляющие: 1 переменную с частотой 50 Гц; 2 постоянную. Переменная состаляющая тока позволяет рабочей обмотке сохранить индуктивное сопротивление Xl = 2π*f*L, где f = 50 Гц, L – индуктивность рабочей обмотки. Постоянная же составляющая создает дополнительное ( помимо обмотки управления ОУ ) подмагничивание сердечника МУ и тем самым увеличивает коэффициент усиления МУ по току. Обмотки управления ОУ1…ОУ4 ( рис. 10.27 ) включены попарно- последовательно на выходные напряжения мостиков 8 и 9: с выхода мостика 8 питаются обмотки ОУ2 и ОУ4, с выхода мостика 9 – обмотки ОУ1 и ОУ3. Принцип действия В исходном состоянии выпрямленные мостиками напряжения U8 и U9 одинаковы, т.е. U8 = U9 ( рис. 10.27 ). В этом случае токи управления во всех четырех обмотках управления ОУ1…… О4 также одинаковы. Это означает, что степень подмагничивания сердечников магнитных усилителей одинакова, т.е. одинаковы индуктивные сопротивления всех восьми рабочих обмоток РО1…РО2. При этом мост уравновешен, выходное напряжение между точками «С» и «D» равно нулю ( точка «0» на рис. 10.31 ).  Рис. 10.31. Зависимость выходного напряжения мостовой схемы ( на обмотке 2 СР ) от соотношения между напряжениями U8 и U9 Поскольку это напряжение снимается на обмотку управления 2 серводвигателя руля, серводвигатель не вращается. Если в результате поворота штурвала ( см. ниже ) напряжение U8 увеличится, а напряжение U9 уменьшится, ток в обмотках управления ОУ2 и ОУ4 увеличится, а в обмотках ОУ1 и ОУ3 уменьшится. При этом индуктивные сопротивления рабочих обмоток усилителей МУ2 и МУ4 уменьшатся, а усилителей МУ1 и МУ3 увеличатся. В результате на выходе магнитного усилителя ( точки «С» и «D» ) появится напряжение определенной фазы, величина которого тем больше, чем больше отличаются напряжения U8 и U9 ( на рис. 10.31 – это участок характеристики в первом квадранте ). Ротор серводвигателя станет вращаться в определенном направлении. Если штурвал повернуть в другую сторону, наоборот, напряжение уменьшится, а напряжение U9 увеличится. Мост снова выйдет из уравновешенного состояния, но при этом фаза выходного напряжения на обмотке управления 2 серводвигателя изменится на 180º ( на рис. 10.31 – это участок характеристики в третьем квадранте ). В результате ротор серводвигателя станет вращаться в противоположном направлении. Работа схемы Исходное состояние В рулевых электроприводах под исходным состоянием понимают такое, при ром штурвал находится в нулевом положении, а перо руля – в диаметральной плоскости. В данной схеме ( рис. 10.27 ) в этом исходном состоянии: 1 ЭДС е1 = о, т.к. штурвал находится в нулевом положении; 2 ЭДС е4 = 0, т.к. перо руля находится в диаметральной плоскости; 3 ЭДС е2 = 0, т.к. барабан насоса Холла находится в нулевом положении; 4 ЭДС е3 = 0, т.к. ротор серводвигателя руля не вращается. Поскольку эти четыре ЭДС отсутствуют, на вход мостика 8 поступает напряжение U1 с верхней вторичной полуобмотки трансформатора Тр1, на вход мостика 9 – напряжение U2 c нижней вторичной полуобмотки этого же трансформатора. Поскольку на мостиках 8 и 9 одинаковы входные переменные напряжения, значит одинаковы выходные выпрямленные напряжения. Поэтому токи в парах обмоток управления ОУ2+ОУ4 и ОУ1+ОУ3 одинаковы, мост на магнитных усилителях МУ1…МУ4 уравновешен, напряжение на выходе моста, снимаемое на обмотку управления 2 серводвигателя руля, отсутствует. Ротор серводвигателя руля СР неподвижен. Работа схемы Для упрощения объяснения рассмотрим работу схемы ( рис. 10.27 ) без тахогенератора ТГ ( его работа объясняется отдельно ниже ). Поскольку тахогенератор исключен, в схеме остались четыре электрические машины: 1 сельсин-трансформатор поста управления ПУ; 2 сельсин-трансформатор руля ОС1; 3 сельсин-трансформатор насоса Холла ОС2; 4 серводвигатель руля СР. Напомним следующее: 1 ротор сельсина-трансформатор поста управления ПУ механически связан со штурвалом ( мостик ); 2 ротор сельсина-трансформатора руля ОС1 механически связан с баллером руля ( румпельное отделение ); 3 ротор сельсина-трансформатор насоса Холла ОС2 механически связан с ротором серводвигателя руля СР ( румпельное отделение ). При этом серводвигатель руля СР и сельсин-трансформатор насоса ОС2 размещены внутри коробки блока, который называется исполнительным механизмом насоса ( ИМ ). Исполнительный механизм пристроен к корпусу насоса Холла и предназначен для перемещения барабана насоса Холла. Для упрощения объяснения работу схемы при следящем управлении разделим на две части: 1 работа схемы при повороте штурвала; 2 работа схемы при повороте пера руля. При этом между первой и второй частью нет перерыва во времени, т.е. обе части являются половинами единого процесса, который начинается с поворота штурвала, а заканчивается поворотом руля и его остановкой. Работа схемы при повороте штурвала ( рис. 10.27 ) При повороте штурвала на определенный угол, например, вправо, ротор сельсина- трансформатора поста управления ( ПУ ) поворачивается, и на его выходе появляется ЭДС е1. Условное мгновенное направление этой ЭДС на рис. 10.23обозначено стрелкой ( слева направо ). Эта ЭДС совпадает по фазе с напряжением U2 и противоположна по фазе напряжению U1. Поэтому на входе мостика 9 напряжение увеличится от значения U9 = U2 ( в исходном состоянии ) до значения U9 = U2 + е1. Напротив, на входе мостика 8 напряжение уменьшится от значения U8 = U1 ( в исходном состоянии ) до значения U8 = U1 - е1. Поэтому ток в паре обмоток ОУ1+ОУ3 увеличится, а в паре обмоток ОУ2+ ОУ4 уменьшится. В результате мостовая схема магнитного усилителя на МУ1……МУ4 выйдет из состояния равновесия, и на выходе этой схемы, т.е. на обмотке управления 2 СР, появится напряжение, величина которого прямо пропорциональна углу поворота штурвала, а фаза зависит от направления поворота штурвала ( при повороте штурвала в другую сторону фаза этого напряжения изменится на 180º ). Серводвигатель СР начинает вращаться и при этом через гидроусилитель ( на схеме не показан ) станет выводить барабан насоса Холла из нулевого положения и одновременно поворачивать ротор сельсина-трансформатора насоса Холла ОС2. На выходе этого сельсина появится ЭДС е2, фаза которой противоположна фазе ЭДС е1. Как только возрастающая по мере вывода барабана ЭДС е2 достигнет значения ЭДС е1, обе ЭДС скомпенсируют друг друга, и напряжения на входах мостиков 8 и 9 станут одинаковыми. В результате токи в обмотках управления ОУ1+ОУ3 и ОУ2+ОУ4 станут одинаковыми, мостовая схема вернется в состояние равновесия, и напряжение на обмотке управления 2 уменьшится до нуля. Серводвигатель СР остановится, успев вывести барабан насоса Холла из нулевого положения. Из сказанного выше становится понятным назначение сельсина-трансформатора насоса Холла ОС2 – остановить барабан насоса в смещенном ( рабочем ) положении. Продолжение - работа схемы при повороте пера руля( рис. 10.27 ) Поскольку барабан насоса смещен относительно нулевого положения, начинается кладка пера руля. При повороте руля на выходе сельсина-трансформатора руля появится ЭДС е4,фаза которой противоположна ЭДС е1. Поскольку перед этим две ЭДС - е1 и е2 скомпенсировали друг друга, их результирующее действие равно нулю. Условно можно считать, что эти ЭДС отсутствуют. Поскольку ЭДС е4 совпадает по фазе с напряжением U1 и противоположна по фазе напряжению U2 ( cмотри направление стрелок при ЭДС е4 и напряжениях U1 и U2 ), напряжение U8 увеличится до значения U8 = U1 + е4 , а напряжение U9 уменьшится до значения U9 = U2 – е4 . Поэтому ток в паре обмоток ОУ1+ОУ3 уменьшится, а в паре обмоток ОУ2++ ОУ4 увеличится. В результате мостовая схема магнитного усилителя на МУ1……МУ4 повторно выйдет из состояния равновесия, и на выходе этой схемы, т.е. на обмотке управления 2 СР появится напряжение противоположной фазы ( по отношению к напряжению, возникшему сразу после поворота штурвала - см. выше ). Серводвигатель СР реверсирует и станет возвращать в исходное положение бара- бан насоса Холла и, одновременно, ротор сельсина-трансформатора насоса Холла ОС2. По мере возвращения барабана насоса в исходное положение подача насоса, а значит, скорость перекладки пера руля непрерывно уменьшаются. При движении ротора сельсина-датчика насоса Холла выходная ЭДС сельсина е2 также непрерывно уменьшается. Таким образом, на этой второй части работы схемы ЭДС е4 на выходе сельсина- трансформатора руля ОС1 увеличивается вследствие поворота пера руля ( е4 ↑ ), а ЭДС е2 уменьшается вследствие возврата ротора сельсина-трансформатора насоса ОС2 в нулевое положение (е2 ↓ ). Величина же ЭДС е1 на выходе сельсина-трансформатора ПУ не изменяется, т.к. штурвал после поворота удерживается в этом положении рулевым матросом. В момент времени, когда перо руля отработает заданный штурвалом угол, барабан насоса Холла возвращается в исходное положение. Поэтому ЭДС е2 сельсина- трансформа тора наососа ОС2 равна нулю (е2 = 0 ), а ЭДС е4 компенсирует ЭДС е1. С этого момента времени на входах мостиков восстанавливаются одинаковые напряжения U8 = U9, мост повторно возвращается в уравновешенное состояние, при котором напряжение на обмотке 2 становится равным нулю. Серводвигатель останавливается. В результате перо руля повернуто на угол, заданный штурвалом, и остановлено. Кладка пера руля окончена. Как видно из объяснения, барабан насоса Холла при помощи серводвигателя руля СР возвратно-поступательное движение: сначала был выведен из исходного состояния, остановлен, а затем возвращен в исходное состояние. Описанный процесс происходит при повороте штурвала на небольшие углы, до значения ±5º. Работа схемы управления при углах поворота пера руля свыше ±5º При повороте штурвала на углы, большие ±5º, серводвигатель СР включает ся ( см. выше ) , смещает барабан насоса Холла до упора и останавливается ( стоянка под током ). Поскольку ЭДС е1 сельсина-трансформатора ПУ гораздо больше, чем ЭДС е2 сельсина-трансформатора насоса, мост на магнитных усилителях МУ1…МУ4 остается рассогласованным, поэтому на валу серводвигателя руля СР сохраняется момент стоянки под током , удерживающий барабан насоса Холла в выведенном состоянии. При этом подача насоса Холла максимальная и постоянная, а скорость поворота пера руля максимальная. Такой режим сохраняется до тех пор, пока разность углов поворота роторов сельсинов ПУ и ОС1 не уменьшится до 5º. В этот момент времени сумма ЭДС ( е2 + е4 ) скомпенсирует ЭДС е1. На входах выпрямительных мостиков 8 и 9 восстановятся одинаковые напряжения U8 = U9. Мост на магнитных усилителях МУ1…МУ4 вернется в состояние равновесия, а момент на валу серводвигателя руля СР уменьшится до нуля. Поскольку в этот момент времени барабан насоса Холла остается смещенным, кладка пера руля продолжится. Поэтому продолжающееся за счет поворота руля непрерывное увеличение ЭДС е4 приведет к изменению соотношения между напряжениями U8 и U9, а значит, к изменению фазы напряжения на обмотке 2 серводвигателя руля СР. Серводвигатель реверсирует и станет возвращать барабан насоса Холла в исходное состояние. Далее процесс происходит так же, как описано выше, подача насоса Холла и скорость движения пера руля постепенно уменьшаются, вплоть до возврата барабана насоса в исходное положение, при котором перо руля останавливается. Роль тахогенератора ТГ Если надо резко изменить курс, например, для того, чтобы разойтись со встречным судном, штурвал поворачивают сразу на большой угол. При таком повороте штурвала, т.е. при задании сразу больших углов кладки, происходит такое же резкое рассогласование моста на магнитных усилителях МУ1…МУ4. При этом на обмотке 2 сразу же возникает большое напряжение, и серводвигатель станет выводить барабан насоса Холла с большой скоростью. Подача насоса Холла, а значит, давление масла в системе гидравлики рулевой машины станут быстро увеличиваться, в системе возникает гидравлический удар. В результате возможен разрыв трубопровода или повреждение прокладок клапанов на рулевой машине ( авария ). Чтобы уменьшить скорость серводвигателя, в схеме используется тахогенератор ТГ. Ротор тахогенератора механически связан с ротором серводвигателя, а фаза выходной ЭДС е3 тахогенератора противоположна фазе ЭДС е1 сельсина- трансформатора поста управления ПУ. Узел с тахогенератором ТГ работает следующим образом. При резком повороте штурвала ЭДС е1 скачкообразно увеличивается, поэтому начальная скорость ротора серводвигателя руля СР будет максимальной. Однако такой же будет и скорость вращения ротора тахогенератора. Значит, ЭДС е3 также будет максимальной. Действуя в противофазе с ЭДС е1, эта ЭДС е3 снизит скорость ротора серводвигателя руля СР. Аналогично работает тахогенератор, если резко вернуть штурвал в нулевое положение. В этом случае ЭДС сельсина-трансформатора поста управления ПУ е1 резко уменьается до нуля, но остается ЭДС е4 на выходе сельсина-трансформатора руля ОС1. В результате эта ЭДС уже не компенсируется при помощи ЭДС е1, мост рассогласуется, серводвигатель включается и перемещает барабан насоса Холла из исходного состояния в противоположное тому, которое было вызвано поворотом штурвала. При этом перо руля станет возвращаться в нулевое положение. Поскольку серводвигатель реверсировал, ротор тахогенератора вращается в обратную сторону, и фаза ЭДС е3 изменяется на обратную ( на рис. 10.27 стрелка при ЭДС е3 на правлена слева направо ). В этом случае фаза ЭДС е3 противоположна фазе ЭДС е4 . Поэтому действие основного сигнала, в данном случае, ЭДС е4 будет ослаблено. В результате барабан насоса Холла будет перемещаться плавно, что позволит и в этом случае избежать гидравлических ударов в рулевой машине. При небольших углах поворота штурвала гидравлические удары не возникают. В этом случае тахогенератор способствует плавному движению руля и его мягкой остановке. |