Самовозбуждения необходимо

На 6.18, а представлена принципиальная схема автоколебательного мультивибратора на ИМС, реализующих логическую функцию И-НЕ. Логические схемы Э3 и Э4 имеют вспомогательное назначение и служат для создания режима мягкого самовозбуждения колебаний в схеме. При включении питания и возможном появлении на обоих выходах микросхем Эх и Э2 сигналов логической единицы срабатывают микросхемы Э3 и Э4. На вход Э2 поступает высокий уровень напряжения, который вызывает переключение Э-, в состояние логического нуля на выходе и приводит к возникновению режима автоколебаний.

Рассмотрим физические процессы, происходящие в этой схеме. Нас будет интересовать процесс возникновения колебаний в автогенераторе, или механизм самовозбуждения колебаний, и процесс установления колебаний определенной амплитуды, т. е. стационарный режим работы генератора.

Процесс самовозбуждения колебаний в контуре с энергетической точки зрения объясняется тем, что транзистор отдает в контур за один период колебания энергии больше, чем расходуется ее в активной проводимости контура. Это эквивалентно, как уже отмечалось ранее, внесению в контур отрицательной проводимости 6\„, превышающей по величине эквивалентную проводимость контура G, что приводит к отрицательному значению коэффициента затухания контура а и, следовательно, к возникновению в контуре нарастающих колебаний.

Это дифференциальное уравнение является нелинейным, так как коэффициент при первой производной напряжения мк, в который входит крутизна S(uoc), нелинейно зависит от напряжения обратной связи иос (или, что то же, от искомой переменной — напряжения на контуре мк). Уравнение (13.8) определяет все свойства автогенератора и позволяет установить и условия самовозбуждения колебаний, и особенности стационарного режима и характер переходных процессов в автогенераторе.

зистора. В то же время ограничение амплитуды в процессе самовозбуждения колебаний связано с нелинейностью вольт-амперной характеристики. Таким образом, возникает противоречие между требованиями неискаженной формы и постоянства амплитуды генерируемых колебаний. Для обеспечения условий генерации гармонических колебаний определенной амплитуды в установившемся режиме используют цепь отрицательной обратной связи. Ее коэффициент Ро,, выбирают с таким расчетом, чтобы напряжение на входе усилителя [7ВХ было постоянным:

2. Поясните физику процесса самовозбуждения колебаний в автогенераторе.

3. Запишите условия самовозбуждения колебаний в генераторе с с отрицательным сопротивлением и в генераторе с положительной обратной связью.

Ручные методы с равнения используются пока только в лабораториях. В производственную измерительную технику широко вводятся автоматические (т. е, самоуравновешивающиеся) компенсаторы ( 3.80,6), у которых при таком же способе действий заменяется только нуль-индикатор на серводвигатель 3. Пока равенство нулю не достигнуто, он продолжает производить соответствующую переустановку RF. Усиление и ослабление в этой системе с обратной связью тщательно подбирается, чтобы избежать самовозбуждения колебаний. Однако по этой причине получаются неизбежные большие длительности переходных процессов, достигающие величины порядка 0,1—1 с.

Характерным примером этого последнего случая является ламповый генёра- ^ис. 4-8. тор. Простейшая схема лампового генератора изображена на 4-8. Мы рассмотрим условия, самовозбуждения колебаний в этой конкретной схеме именно с целью выявления роли обратной связи на основе общих положений об устойчивости, сформулированных в предыдущем параграфе, а также на основе общих зависимостей, характеризующих цепи с обратными связями (§ 13-6 второй части).

Выясним требования к- величине коэффициента взаимной индукции М, при которых обеспечивается достаточная для самовозбуждения колебаний положительная обратная связь. Составим уравнения цепи. Напряжение на контуре и связано с током в ветви г, L контура уравнением:

уравнения положительны, т. е. б < 0. Последнее и явится условием самовозбуждения колебаний. Имеем это условие в виде

По отношению к остаточному магнитному потоку она может быть направлена согласно или встречно, т. е. подмагничивать или размагничивать мапштопровод генератора. Для самовозбуждения необходимо согласное направление, что имеет место при правильном соединении обмотки возбуждения с якорем. При таком соединении ток возбуждения усиливает магнитное поле генератора, а последнее индуктирует большую ЭДС в обмотке якоря. Возрастание ЭДС вызывает дальнейшее увеличение тока возбуждения. Увеличение потока и тока возбуждения ограничивается насыщением магнитной цепи.

Генератор параллельного возбуждения. Этот генератор ( 17.22) самовозбуждается до включения нагрузки —при холостом ходе. Для его самовозбуждения необходимо выполнение определенных условий.

По отношению к остаточному магнитному потоку она может быть направлена согласно или встречно, т. е. подмагничивать или размагничивать магнитопровод генератора. Для самовозбуждения необходимо согласное направление, что имеет место при правильном соединении обмотки возбуждения с якорем. При таком соединении ток возбуждения усиливает магнитное поле генератора, а последнее индуктирует большую ЭДС в обмотке якоря. Возрастание ЭДС вызывает дальнейшее увеличение тока возбуждения. Увеличение потока и тока возбуждения ограничивается насыщением магнитной цепи.

По отношению к остаточному магнитному потоку она может быть направлена согласно или встречно, т. е. подмагиичивать или размагничивать мапштопровод генератора. Для самовозбуждения необходимо согласное направление, что имеет место при правильном соединении обмотки возбуждения с якорем. При таком соединении ток возбуждения усиливает магнитное поле генератора, а последнее индуктирует большую ЭДС в обмотке якоря. Возрастание ЭДС вызывает дальнейшее увеличение тока возбуждения. Увеличение потока и тока возбуждения ограничивается насыщением магнитной цепи.

При малых значениях постоянной времени обмотки возбуждения зону асинхронного самовозбуждения необходимо находить по точному критерию А4 = 0. В случае синхронного самовозбуждения колебания тока и напряжения статора нарастают медленно, поэтому они поддаются управлению автоматическими регуляторами возбуждения. Асинхронное самовозбуждение наиболее опасно для электрических систем, так как колебания обычно нарастают в течение нескольких периодов до максимального значения, а существующие автоматические регуляторы возбуждения не в состоянии подавить этот быстро развивающийся процесс.

1) процесс самовозбуждения может начаться только в том случае, если в начальный момент (/„ = 0) в обмотке якоря индуктируется некоторая начальная ЭДС е,шч. Такая ЭДС может быть создана потоком остаточного магнетизма, поэтому для начала процесса самовозбуждения необходимо, чтобы в генераторе имелся поток остаточного магнетизма, который при вращении якоря индуктирует в его обмотке ЭДС /?ост- Обычно поток остаточного магнетизма имеется в машине из-за наличия гистерезиса в ее магнитной системе. Если такой поток отсутствует, то его создают, пропуская через обмотку возбуждения ток от постороннего источника;

Самовозбуждение генератора с параллельной обмоткой возбуждения. Генератор с параллельным возбуждением может возбуждаться без постороннего источника напряжения, этот процесс называется самовозбуждением. Для исследования самовозбуждения необходимо построить характеристику холостого хода (х. х. х.) и характеристику цепи возбуждения, показывающую изменение напряжения UB на обмотке возбуждения и регулировочном сопротивлении в функции проходящего по ней тока /в:

Самовозбуждение у генераторов параллельного возбуждения ( 14-20,6) происходит, когда при определенном значении сопротивления цепи возбуждения гв + гр прогрессирующе возрастают ток возбуждения и ЭДС генератора вплоть до установившихся значений. Исследование процесса обычно проводят, исключая из рассмотрения влияние сопротивления цепи якоря ввиду его малости. После относительно короткого времени возбуждения генератор выходит на требуемое напряжение. Для самовозбуждения необходимо, чтобы ток возбуждения, обусловленный остаточной ЭДС, намагничивал генератор и прямая, представляющая собой зависимость /„ (гв + гр) от тока /в, располагалась ниже характеристики холостого хода ( 14-24). Магнитные полюсы обычно несколько намагничены в результате обработки или предшествующих намагничиваний. Иногда необходимо подмагнитить полюсы, хотя бы от ручного прибора для измерения сопротивления изоляции. Если выполнены все условия, необходимые для самовозбуждения, то после включения обмотки возбуждения намагничивание током, обусловленным остаточной ЭДС, приведет к возрастанию ЭДС, а при дальнейшем увеличении ЭДС ток возбуждения увеличится еще больше и, как следствие, ЭДС достигнет значений Е1 при Гр или Е2 при г'р, которые определяются пересечением характеристики холостого хода с прямой /в (гв + гр), когда ЭДС Е равна падению напряжения /в (гв + гр).

Выявив условия, указывающие на возможность возникновения самовозбуждения, необходимо принять меры для его устранения. Эти меры и их эффективность устанавливаются из анализа основных факторов, влияющих на процесс самовозбуждения. Так, необходимо учесть, что во время разбега двигателя замещающее его сопротивление по мере увеличения скорости вращения возрастает от минимального значения до максимального. Во время разбега двигателя при некотором значении скольжения ротора индуктивность двигателя может резонировать с емкостью последовательной компенсации, т. е. создать контур самовозбуждения с собственной частотой, которая будет ниже промышленной. Двигатель при этом вращается со скоростью, соответствующей собственной частоте колебательного контура, т. е. с числом оборотов ниже нормального. Длительная работа двигателя с такой скоростью при наличии активных потерь (которые неизбежны) возможна при источнике энергии достаточной мощности, поддерживающем колебательный процесс контура самовозбуждения. Таким источником и является асинхронный двигатель. Во время разгона двигателя скорость ротора достигает величины, соответствующей частоте собственных колебаний контура, и превышает ее. При этом создается отрицательное скольжение ротора по отношению к резонансной частоте и, таким образом, асинхронный двигатель переходит в режим генератора по отношению к контуру самовозбуждения. Скорость вращения зависит от потерь в контуре ротора, определенных с учетом насыщения стали двигателя; при равенстве потерь и генерируемой мощности создается возможность устойчивой работы двигателей в этом режиме. Если потери превышают генерируемую мощность асинхронного генератора, то самовозбуждение либо не возникает, либо становится неустойчивым, позволяя, однако, двигателю разворачиваться до нормальной скорости.

1 На практике выполнение условия баланса фаз достигается соответствующим включением концов катушек LK и LB. При отсутствии самовозбуждения необходимо поменять местами концы катушки связи LB. При этом автогенератор должен самовозбудиться, если в схеме нет других неисправностей.

Для обеспечения самовозбуждения необходимо: