Реверсивный магнитный усилитель
Устройство
Реверсивный магнитный усилитель состоит из четырех магнитных усилителей
МУ1…МУ4, включенных по так называемой мостовой схеме ( рис. 280 ).
Эта мостовая схема изображена в несколько ином виде на рис. 283.
Рис. 283. 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 усилите-
ля 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 вторич-
ной обмотки трансформатора Тр1, с выходной ( точки «В» и «С» ) снимается напряжение на обмотку управления 2 серводвигателя руля СР.
На рис. 283 обмотки управления ОУ не показаны.
Магнитные усилители
Устройство
На сердечнике каждого магнитного усилителя ( рис. 280 и 283 ), например, МУ1, находятся две рабочие обмотки РО1 и РО2 и обмотка управления ОУ ( только на рис. 280 ).
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 = 2πfL, где f = 50 Гц, L – индуктивность рабочей обмотки.
Постоянная же составляющая создает дополнительное ( помимо обмотки управле-
ния ОУ ) подмагничивание сердечника МУ и тем самым увеличивает коэффициент усиле-
ния МУ по току.
Обмотки управления ОУ1…ОУ4 ( рис. 280 ) 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 ( штурвал в нулевом положении ) выпрямленные мостиками напряжения U8 и U9 одинаковы, т.е. U8 = U9 ( рис. 280 ).
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» рав-
но нулю ( точка «0» на рис. 284 ).
Рис. 284. 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 ру-
ля, серводвигатель не вращается.
Если в результате поворота штурвала ( см. ниже ) напряжение U8 увеличится, а на
пряжение 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. Мостовая схема выйдет из состояния равновесия.
В результате на выходе магнитного усилителя ( точки «С» и «D» ) появится напря-
жение определенной фазы, величина которого тем больше, чем больше отличаются напря
жения U8 и U9 ( на рис. 284 – это участок характеристики в первом квадранте ), т.е. чем на больший угол повернут штува поста управления.
Ротор серводвигателя станет вращаться в определенном направлении.
Если штурвал повернуть в другую сторону, наоборот, напряжение U8 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. 284 – это участок характеристики в третьем квадранте ).
В результате ротор серводвигателя станет вращаться в противоположном направ-
лении.
Работа схемы
Исходное состояние
В рулевых электроприводах под исходным состоянием понимают такое,
при котором штурвал находится в нулевом положении, а перо руля – в диаметраль
ной плоскости.
В данной схеме ( рис. 280 ) 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 – напряже-
ние 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 и ОУ4 , а также в ОУ1 и ОУ3 оди-
наковы, мост на магнитных усилителях МУ1…МУ4 уравновешен, напряжение на выходе моста, снимаемое на обмотку управления 2 серводвигателя руля, отсутствует. Ротор серво
двигателя руля СР неподвижен.
Работа схемы при следящем управлении
Для упрощения объяснения рассмотрим работу схемы ( рис. 280 ) без тахогенерато
ра ТГ ( его работа объясняется отдельно ниже ).
Поскольку тахогенератор исключен, в схеме остались четыре электрические маши-
ны:
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 шту
рвалом ( на посту управления на мостике );
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 ), или, что одно и то же, с барабаном насо
са Холла..
При этом серводвигатель руля СР и сельсин-трансформатор насоса ОС2 размеще-
ны внутри коробки блока, который называется исполнительным механизмом насоса ( ИМ ). Исполнительный механизм пристроен к корпусу насоса Холла и предназначен для пере-
мещения 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 за-
канчивается поворотом руля и его остановкой.
Работа схемы при повороте штурвала ( рис. 266 )
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.266 обозначено стрелкой ( слева направо ).
Эта ЭДС совпадает по фазе с напряжением U2 и противоположна по фазе напряже-
нию U1. Поэтому на входе мостика 9 напряжение увеличится от значения U9 = U2 ( в исход
ном состоянии ) до значения U9 = U2 + е1.
Напротив, на входе мостика 8 напряжение уменьшится от значения U8 = U1 ( в ис-
ходном состоянии ) до значения U8 = U1 - е1.
Поэтому ток в паре обмоток ОУ1 и ОУ3 увеличится, а в паре обмоток ОУ2 и 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, поя-
вится напряжение, величина которого прямо пропорциональна углу поворота штурвала, а фаза зависит от направления поворота штурвала ( при повороте штурвала в другую сторо-
ну фаза этого напряжения изменится на 180º ). 
Серводвигатель СР начинает вращаться и при этом через гидроусилитель ( на схеме
е 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 ста-
нут одинаковыми.
В результате токи в обмотках управления ОУ1 и ОУ3, ОУ2 и ОУ4 станут одинако-
выми, мостовая схема вернется в состояние равновесия, и напряжение на обмотке управле
ния 2 уменьшится до нуля.
Серводвигатель СР остановится, успев вывести барабан насоса Холла из нулевого положения.
Из сказанного выше становится понятным назначение сельсина-трансформатора
асоса Холла ОС2 – остановить барабан насоса в смещенном ( рабочем ) положении.
Продолжение - работа схемы при повороте пера руля ( рис. 280 )
Поскольку барабан насоса смещен относительно нулевого положения, начинается
кладка пера руля.
При повороте руля на выходе сельсина-трансформатора руля появится ЭДС е4, фа
за которой противоположна ЭДС е1. Поскольку перед этим две ЭДС - е1 и е2 ( см. Работу
схемы при повороте штурвала ) скомпенсировали друг друга, их результирующее дейст-
вие 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 ), напря
жение U8 увеличится до значения U8 = U1 + е4 , а напряжение U9 уменьшится до значения U9 = U2 – е4 .
Поэтому ток в паре обмоток ОУ1 и ОУ3 уменьшится, а в паре обмоток ОУ2 и ОУ4 увеличится.
В результате мостовая схема магнитного усилителя на МУ1……МУ4 повторно вый
дет 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 зна-
чит, 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-трансфор-
матора наососа ОС2 равна нулю (е2 = 0 ), а ЭДС е4 компенсирует ЭДС е1.
С этого момента времени на входах мостиков восстанавливаются одинаковые на-
пряжения 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 совершает возвратно-поступательное движение: сначала выводится из исходного состояния, останавливается, а затем реверсирует и возвращается в исходное состоя
Ние.
Описанный процесс происходит при повороте штурвала на небольшие углы, до зна
чения ±5º.
Работа схемы управления при углах поворота пера руля свыше ±5º
При повороте штурвала на углы, большие ±5º, серводвигатель СР включается ( см. выше ) , смещает барабан насоса Холла до упора и останавливается ( стоянка СР под то-
ком ).
Поскольку ЭДС е1 сельсина-трансформатора ПУ гораздо больше, чем ЭДС е2 сель-
сина-трансформатора насоса, мост на магнитных усилителях МУ1…МУ4 остается рассо-
гласованным, поэтому на валу серводвигателя руля СР сохраняется момент стоянки под током , удерживающий барабан насоса Холла в выведенном до упора состоянии.
При этом подача насоса Холла максимальная и постоянная, и скорость поворота пе
ра руля также максимальная.
Такой режим сохраняется до тех пор, пока разность углов поворота роторов сельси
нов ПУ и ОС1 не уменьшится до 5º.
В этот момент времени сумма ЭДС ( е2 + е4 ) скомпенсирует ЭДС е1. На входах вы-
прямительных мостиков 8 и 9 восстановятся одинаковые напряжения U8 = U9. Мост на магнитных усилителях МУ1…МУ4 вернется в состояние равновесия, а момент на валу сер
водвигателя руля СР уменьшится до нуля.
Поскольку в этот момент времени барабан насоса Холла остается смещенным, клад
ка 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 ско-
рость движения пера руля постепенно уменьшаются, вплоть до возврата бараба-на 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, проис
ходит такое же резкое рассогласование моста на магнитных усилителях МУ1…МУ4.
При этом на обмотке 2 сразу же возникает большое напряжение, и серводвигатель
СР станет выводить барабан насоса Холла с большой скоростью. Подача насоса Холла, а значит, давление масла в системе гидравлики рулевой машины станут быстро увеличивать
ся.
В результате возможен разрыв трубопровода или повреждение прокладок клапанов
на рулевой машине ( авария ).
Чтобы замедлить скорость серводвигателя, в схеме используется тахогенератор ТГ.
Ротор тахогенератора механически связан с ротором серводвигателя СР, а фаза выходной ЭДС е3 тахогенератора противоположна фазе ЭДС е1 сельсина-трансформатора поста уп-
равления ПУ при выводе штурвала из нулевого положения.
Узел с тахогенератором ТГ работает следующим образом.
При резком повороте штурвала ЭДС е1 скачкообразно увеличивается, поэтому на-
чальная 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 положе
ние.
В этом случае ЭДС сельсина-трансформатора поста управления ПУ е1 резко умень-
шится до нуля, но остается ЭДС е4 на выходе сельсина-трансформатора руля ОС1.
В результате эта ЭДС уже не компенсируется при помощи ЭДС е1, мост рассогла-
суется, серводвигатель включается и перемещает барабан насоса Холла из исходного со-
стояния в противоположное тому, которое было вызвано поворотом штурвала.
При этом перо руля станет возвращаться в нулевое положение.
Поскольку серводвигатель реверсировал, ротор тахогенератора вращается в обрат-
ную сторону, и фаза ЭДС е3 изменяется на обратную ( на рис. 280 стрелка при ЭДС е3 на-
правлена слева направо ).
В этом случае фаза ЭДС е3 противоположна фазе ЭДС е4 . Поэтому действие основ
ного 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
том случае тахогенератор способствует плавному движению руля и его мягкой остановке.
Дата добавления: 2017-08-01; просмотров: 1830;