4.3.5 Типы регуляторов АРУ.

Материал по данному вопросу можно найти в [1, стр.53…54; 5, стр.382…390; 6, стр.152, 156; 7, стр.96…97; 98…104]

Как отмечалось ранее, классификацию устройств АРУ часто осуществляют по типу регулятора. В АРУ с П-регулированием широко применяются регуляторы электротермического и электрического типов. Схема устройства АРУ с электротермическим регулятором, использующаяся в АСП, работающих по коаксиальному кабелю, показана на рис.4.115 [7].

 

                    

 

Рис.4.115 АРУ с электротермическим регулятором

 

Регулятор данной АРУ состоит из операционного усилителя ОУ, выполняющего функции схемы сравнения, и усилителя постоянного тока УПТ. На ОУ от ПКК подается напряжение, пропорциональное амплитуде огибающей контрольного сигнала и эталонное напряжение от источника Э, выполненнного на стабилитроне. Разностное напряжение усиливается в ОУ и УПТ и подается на подогреватель термистора Т. Кроме этого напряжения с выхода УПТ в подогреватель поступает постоянная составляющая, необходимая для учета знака разности эталонного напряжения и напряжения, поступающего на ОУ от ПКК.

В регуляторах электрического типа, используемых в генераторном оборудовании АСП и трактах цифровых систем передачи, сигнал от ПКК подается в цепь смещения одного из усилительных элементов (транзисторов) управляемого усилителя. Изменение сигнала на выходе ПКК вызывает такое смещение рабочей точки усилительного элемента на его проходной характеристике, что усиление возрастает при уменьшении сигнала и падает при его увеличении. Таким образом, исходное напряжение смещения является эталоном, а управляемый усилительный элемент играет одновременно роль схемы сравнения и регулирующего элемента, являясь при этом составной частью регулируемого объекта.

Устройства АРУ с П-регулированием обладают массой достоинств: они относительно просты, надежны, в них отсутствуют механические перемещения деталей. Однако, имеются и существенные недостатки, а именно: трудность обеспечения необходимых переходных характеристик и, главное, сложность блокирования устройств при резком снижении уровня или пропадании контрольного сигнала. Этот недостаток характерен для всех АРУ с П-регулированием, поскольку в них отсутствуют элементы памяти.

В системах АРУ с И-регулированием обязательно присутствует астатический элемент – интегратор. В настоящее время существует большое число элементов, которые могут быть использованы в качестве интегрирующих. Обычно название элемента и определяет тип регулятора, в котором он используется. Устройства АРУ с И-регулированием могут включать регуляторы следующих типов:

- электромеханический;

- электротермомеханический (термомеханический);

- мемисторный;

- ртутно-капиллярный;

- трансфлюксорный;

- электронный.

Электромеханический регулятор (рис.4.116) [7] содержит интегрирующий элемент, состоящий из асинхронного двигателя АД с замедляющим редуктором ЗР, через который вращение якоря Я передается ротору переменного конденсатора, входящего в состав переменного амплитудного корректора.

 

Рис.4.116 Электромеханический регулятор

 

При поступлении от ПКК напряжения U_к, соответствующего номинальному уровню контрольного сигнала, дифференциальное реле ДР находится в нейтральном положении, и якорь двигателя неподвижен. При изменении уровня контрольного сигнала ДР срабатывает и подключает ту или иную полуобмотку АД к источнику переменного напряжения U_дв. Направление вращения якоря зависит от подключенной полуобмотки и определяется знаком отклонения уровня контрольного сигнала. Вращение якоря через ЗР, который предназначен для увеличения постоянной времени интегрирующего звена, передается конденсатору ПАК, что и приводит к необходимому изменению усиления корректора, компенсирующему изменение затухания тракта. В этом регуляторе роль схемы сравнения выполняет реле ДР, эталонной величиной является напряжение U_э, подаваемое на вспомогательную обмотку реле и удерживающее якорь реле в среднем положении при равенстве уровня контрольного сигнала номинальному. Блокирование этого регулятора осуществляется отключением напряжения  U_дв.

Электротермомеханический (термомеханический) регулятор выполняется по схеме, подобной рис.4.116, и отличается лишь тем, что вращение оси передается от двигателя ДВ не ротору переменного конденсатора ПАК, а на движок реостата, регулирующего подогрев термистора, входящего в состав переменного амплитудного корректора (рис.4.117) [5].

 

          

 

Рис.4.117 АРУ с электротермомеханическим регулятором

 

Ртутно-капиллярный регулятор содержит элемент (рис.4.118) [7], принцип работы которого аналогичен принципу работы мемистора.

 

                      

 

Рис.4.118 Ртутно-капиллярный регулятор

В нем за счет электролиза, вызванного током от схемы сравнения, изменяется степень заполнения ртутью капилляров (к), в которые введены рабочие электроды (р). Поскольку удельное сопротивление ртути много меньше удельного сопротивления электролита, изменение заполнения капилляров ртутью изменяет сопротивление между рабочими электродами, которые, как и проводник мемистора, включаются в состав ПАК.

Устройства, использующие явление электролиза, просты, надежны, малогабаритны и экономичны. К недостаткам таких устройств следует отнести относительно высокую стоимость и существенную реактивную составляющую сопротивления между рабочими электродами, которая ограничивает их использование в групповых трактах мощных АСП.

Трансфлюксорный регулятор выполняется на трансфлюксоре – элементе, принцип действия которого основан на свойствах магнитных материалов с прямоугольной петлей гистерезиса [7].

Электронный регулятор реализуется полностью на интегральных микросхемах [5,6].

Системы АРУ с ПИ-регулированием могут использовать магнито-электрические и электрохимические регуляторы [5].

C целью уменьшения потребляемой системой АРУ мощности для линейных трактов АСП, работающих по коаксиальному кабелю, разработаны специальные магнито-электрические регулирующие устройства (МЭРУ) индуктивного или емкостного типа. Основными элементами МЭРУ является магнитная система и подвижная катушка, через которую протекают в противоположных направлениях выпрямленный ток КЧ и эталонный ток. В МЭРУ индуктивного типа подвижная катушка может совершать возвратно-поступательное движение при изменении тока КЧ. С катушкой жестко связан шток, перемещающий магнитный сердечник в катушке индуктивности и меняющий тем самым ее индуктивность. В МЭРУ емкостного типа подвижная катушка совершает вращательное движение. С ней жестко связан шток, на котором укреплены роторные пластины переменного конденсатора. Статорные пластины конденсатора неподвижны.

В МЭРУ названных типов внутренний объем устройства заполнен вязкой жидкостью. Подвижная часть МЭРУ перемещается до тех пор, пока ток КЧ не станет равным эталонному. При этом действие магнитной системы на подвижную катушку уравновешивается либо весом катушки (в МЭРУ индуктивного типа), либо вращающим моментом самой катушки (в МЭРУ емкостного типа). При пропадании тока КЧ специальный фиксатор останавливает подвижную часть МЭРУ.  На рис.4.119 показана упрощенная конструкция МЭРУ емкостного типа [5], где обозначены: 1– магнито-электрический двигатель, включающий магнитную систему и рамку с обмоткой; 2 – переменный конденсатор; 3 – электромагнитный фиксатор блокировки; 4 – вязкая жидкость, заполняющая герметизированный цилиндр.

Вариант системы АРУ, использующей МЭРУ емкостного типа, показан на рис.4.120. В схеме для управления током подогрева термистора используется магнитный усилитель МУ, усиление которого (коэффициент трансформации между первичной W_1п и вторичной W_2п  обмотками) изменяется в зависимости от постоянного тока подмагничивания, протекающего через управляющую обмотку W_2у. Ток управления этой обмотки меняется за счет резистивно-емкостного делителя переменного напряжения, образованного постоянным резистором R₄, конденсатором С₁ и переменным конденсатором С_р МЭРУ.

       

 

Рис.4.119 Магнито-электрическое регулирующее устройство емкостного типа

Переменное напряжение на вход этого делителя поступает от генератора вспомогательной частоты Г-10 (10 кГц) через трансформатор Т₁. После делителя переменное напряжение управления передается с помощью трансформатора Т2 на выпрямитель В, нагрузкой которого служит обмотка управления W_2у. Для повышения скорости регулирования системы АРУ в МУ используют дополнительную обмотку управления W_1у, включенную последовательно с подвижной катушкой МЭРУ (W_мэру). Усилитель-детектор УД имеет постоянный коэффициент усиления и преобразует переменное напряжение в постоянное. Он нагружен на нить подогрева ТКП. Остальные элементы схемы рассматривались ранее и пояснений не требуют.

 

Рис.4.120 Магнитоэлектрическая АРУ

Регулирующие элементы – термистор ТКП и мемистор – могут использоваться не только как управляющие сопротивления в схемах переменных корректоров, но и как элементы управления в преобразователе ошибки (см. рис. 4.109). Примером может служить электрохимическая система АРУ, применяемая в АСП К-3600 (рис.4.121).

 

Рис.4.121 Электрохимическая АРУ

 

Здесь в качестве регулирующего элемента используется ТКП, а мемистор включен в цепь управления для регулировки тока подогрева ТКП. Сопротивление считывающего электрода мемистора, включенное во вторичную обмотку трансформатора Т, совместно с резистором R₈ образует резистивный делитель переменного напряжения, подаваемого от генератора вспомогательной частоты Г. К выходу делителя напряжения подключены последовательно соединенные вспомогательный усилитель ВУс и усилитель-детектор УД. Выпрямленное напряжение с выхода УД поступает в обмотку ТКП.

Регулирование коэффициента передачи делителя напряжения осуществляется за счет изменения сопротивления считывающего электрода мемистора при изменении управляющего напряжения U_аб диагонали моста, образованного резисторами R₁…R₄. Эти резисторы являются коллекторными нагрузками двух плеч дифференциального усилителя ДУ. При равенстве напряжений КЧ и эталонного, подаваемого на два входа ДУ, напряжение U_аб равно нулю и сопротивление мемистора равно некоторому номинальному значению. При U_кч ≠ U_эт напряжение U_аб ≠ 0, что приведет к изменению сопротивления мемистора.

Для ускорения переходного процесса в системе АРУ (электролиз – процесс достаточно длительный) используется вспомогательная цепь управления в преобразователе ошибки. Эта цепь образована вспомогательным усилителем ВУс, усиление которого меняется за счет регулировки динамического сопротивления перехода сток – исток полевого транзистора VT₁, включенного в цепь ОС ВУс. Динамическое сопротивление изменяется при изменении напряжения между точками б и в. При внезапном пропадании тока КЧ схема блокировки отключает среднюю точку Т и исток транзистора VT₁ соответственно от точек а и б мостовой схемы, при этом сопротивление считывающего электрода мемистора сохраняется таким же, каким оно было до пропадания КЧ.