Типовой электропривод бытовой радиоэлектронной аппаратуры

Бытовая радиоэлектронная аппаратура — музыкальный центр, видеомагнитофон, видеокамера и др., содержат системы электропривода, выполняющие функции регулирования линейной скорости или частоты вращения носителей информации (магнитной ленты, диска и т.д.) и имеют ряд типовых решений, которые рассмотрены в данной главе.

Электропривод музыкального центра

Музыкальный центр (рис. 1.3) включает сложные взаимосвязанные электронную и электромеханическую системы. При этом электромеханическая система состоит из ряда типовых электроприводов: лентопротяжного механизма, магнитофона; компакт-диска. Рассмотрим типовые решения, применяемые в аппаратуре, для указанных электроприводов.

Электропривод лентопротяжного механизма магнитофона

Схемы управления

Для ЭП лентопротяжного механизма БРА, как правило, применяется электродвигатель постоянного тока с постоянными магнитами.

Для управления элементами лентопротяжного механизма — электродвигателями перемещения ленты и электромагнитами перемещения блока головок — используются как обычные транзисторные ключи, так и специальные микросхемы реализующие функции усилителей, логических и комбинационных схем.

Транзисторные ключи только коммутируют питающие напряжения или цепи регулировки скорости вращения электродвигателей. Пример такой схемы управления, приведен на рис. 15.1. Электродвигатель М подключается к источнику питания Un сигналом U1 с помощью транзистора VT1. Регулирование частоты вращения двигателя М осуществляется изменением сопротивления добавочных резисторов (Rl, R2) в цепи якоря.

Переключение резисторов (R1 + R3) или (R2 + R4) осуществляется транзистором VT2 с помощью сигнала U2.

Среди специализированных микросхем, предназначенных для использования в схемах управления ЛПМ, можно назвать ИМС XRA6264, ВА6264, ВА6265 (Rohm), TA8409S (Toshiba). На рис. 15.2 приведена структурная схема микросхемы ВА6264. Эта микросхема рассчитана на подключение электродвигателя ведущего вала магнитофона (вывод 9) со схемой регулировки скорости (выводы 11, 12) и электродвигателя подмотки ленты (выводы 1, 3).

Схема управления лентопротяжным механизмом

Рис. 15.1. Схема управления лентопротяжным механизмом

Кроме того, к выводам 27 и 28 возможно подключение двух электромагнитов (соленоидов). Управление указанными устройствами осуществляется по цифровой шине: вход данных (вывод 15) и вход синхроимпульсов (вывод 16). Для питания ИМС необходимы два напряжения: +5 В (выводы 22-24) и +8 В (выводы 7 и 10).

Контроль перемещения магнитной ленты обычно производится с помощью фотоэлектрических датчиков (оптронов) или датчиков, основанных на эффекте Холла. Они формируют электрические импульсы, которые затем анализируются контроллером системы управления магнитофона.

Структурная схема микросхемы ВА6264

Рис. 15.2. Структурная схема микросхемы ВА6264

Для стабилизации частоты вращения ДПТ с постоянными магнитами в режиме «воспроизведение» применяется мостовая схема с моделью двигателя. Для изменения частоты вращения ДПТ используется пропорциональная связь между частотой и ЭДС ДПТ. На рис. 15.3 представлена мостовая схема стабилизации частоты вращения ДПТ (М).

На схеме представлены ДПТ (М), с ЭДС якоря Е и сопротивлением якоря R. Модель ДПТ (МД) включает источник ЭДС с напряжением Uc и резистор, моделирующий сопротивление якоря ДПТ — R2.

Для образования мостовой схемы дополнительно включаются резисторы R3. Напряжение на одну диагональ моста U подается с выхода усилителя О, с коэффициентом усиления Ку, а на входы усилителя поступают напряжения с другой диагонали моста — иг на инверсный вход, U2- на прямой вход.

Задача схемы поддерживать напряжение самоиндукции Uc заданным. Это напряжение равно

где к — коэффициент двигателя; Ф — постоянный магнитный поток ДПТ; со3 — заданная частота вращения ДПТ.

Применяем метод наложения для нахождения напряжения [Д.

Мостовая схема стабилизации скорости ДПТ

Рис. 15.3. Мостовая схема стабилизации скорости ДПТ

Для случая, когда Е = 0, а действует напряжение U находим Для случая, когда U - 0, а действует ЭДС двигателя Е, находим:

Складывая уравнения (15.2) и (15.3) получим напряжение С/х:

Аналогично находим напряжение U2:

Кроме того, существует связь между напряжениями U1}U2,U для схемы рис. 15.3:

Поделив уравнение (15.4) на сопротивление R, получим

Поделив уравнение (15.5) на сопротивление R2, получим

Если коэффициент усиления усилителя Ку достаточно большой, то выполняется равенство напряжений U1=U2.

Приравнивая уравнение (15.7) и (15.8) и учитывая условия баланса моста R3/R-R1/R2, получаем равенство:

Таким образом, если задавать заданную частоту вращения двигателя со3 или (Uc) постоянной, то в схеме будет поддерживаться постоянным и ЭДС ДПТ, а значит, и его частота вращения, независимо от нагрузки на валу ДПТ.

Изменяя напряжение модели двигателя Uc, можно регулировать частоту стабилизации ДПТ.

В мостовом выходном каскаде (рис. 13.29), в диагональ которого включен двигатель постоянного тока, режим динамического торможения реализуется при подаче на вход схемы управления сочетания сигналов F = 1;R = 1. Схема включения ДПТ в этом режиме представлена на рис. 15.4, а.

На рис. 15.4, б представлены механические характеристики ЭП: I — в двигательном режиме; II — в режиме динамического торможения. При переключении ДПТ из двигательного режима (точка 1) в режим динамического торможения в первый момент режим работы ДПТ соответствует точке 2 характеристики И. Это обусловлено тем, что электронное переключение механических характеристик происходит практически мгновенно, и поэтому в силу механической инерции вала ДПТ и ИО рабочая частота вала ДПТ практически не изменится и будет равна: =со2.

Режим динамического торможения ДПТ

Рис. 15.4. Режим динамического торможения ДПТ: а — схема включения; б — механические характеристики

Уравнение механического движения ЭП будет иметь вид

В уравнении (15.10) момент двигателя взят со знаком «-», так как при переходе из двигательного режима в режим динамического торможения знак момента изменяется, и он является тормозным. Согласно уравнению (15.10) под действием тормозного момента ДПТ и момента сопротивления ускорение вала ДПТ будет отрицательным и частота вращения вала ДПТ и ИО будет уменьшаться по характеристике II до со3 = 0 (точка 3). Это соответствует реактивному характеру момента сопротивления, характерному для магнитофона и другой бытовой радиоэлектронной аппаратуры.

В уравнение (15.10) подставим уравнение момента двигателя в режиме динамического торможения, полученное из (12.82).

где R — сопротивление якоря двигателя, включая сопротивление добавочного резистора.

Получим

Принимаем момент сопротивления равным нулю, Мс =0, из (15.12) имеем

п. • J _

где-— = Гм — электромеханическая постоянная времени ЭП.

(кФ)

Уравнение (15.13) будет иметь вид

Это однородное дифференциальное уравнение первого порядка относительно частоты со. Его характеристическое уравнение

и корень характеристического уравнения

Так как корень один и отрицательный, то ищем частоту в форме

В уравнении (15.17) неизвестна постоянная интегрирования А. Для её нахождения используются начальные условия: при t = 0, частота равна сонач. Подставив начальные условия в уравнение (15.17) получим

В окончательном виде уравнение переходного процесса для частоты будет иметь вид

Подставив (15.19) в уравнение (15.11), получаем

По уравнениям (15.19) и (15.20) построим графики переходного процесса в ЭП с ДПТ в режиме динамического торможения, рис. 15.5.

Из рис. 15.5 следует, что с увеличением времени t частота и момент двигателя уменьшаются от начальных значений (сонач,-М2)по экспоненте. Постоянную Тм можно определить, если из точки сонач провести касательную к кривой co(t) до пересечения ее с осью времени. Отрезок 0 — а в масштабе времени будет равен электромеханической постоянной ЭП.

В процессе торможения ДПТ в контуре цепи якоря, рис. 15.9.а, будет протекать затухающий по экспоненте ток якоря I. Кинетическая энергия вращающего якоря ДПТ и ИО в процессе торможения превращается в электрическую (ДПТ работает в режиме генератора), которая в свою очередь превращается в тепло в сопротивлении якоря ДПТ. Уравнение энергетического баланса будет иметь вид

где tnn — время переходного процесса.

Переходный процесс торможения ДПТ

Рис. 15.5. Переходный процесс торможения ДПТ

Время tnn определяется отрезком 0 — в. Точка в получается в результате пересечения горизонтали из точки с, при частоте сос =0,05сонач, с кривой co(t). Т.е. за время ?пп значение частоты изменяется от сонач до 0,05сонач (5 % от Юнач).

Время переходного процесса в этом случае равно ?пп = 3Тм.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >