Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 38
Текст из файла (страница 38)
диапазоне мощностей от иииь вольтных поляризованных реле до киловаттных колшлнтакторов. Маломощные поя41х. зованные реле для коммутаций сигналов неболыпоьхой мощности существуют в яспю ненни на платах расширения компьютера, Реле див-ля больших мощностей сдиюле велики для этого и устанавливаются отдельно, чацжлсце всего в закрытых стойках х)л полнительным преимуществом реле является то, чт~ что их работа хорошо знакома ген тажникам и обслуживающему персоналу. Среди недостатков реле следует отметить их оюотносительно низкое быстродв ствие — переключение требует порядка нескольки=ллх миллисекунд, вместо мях)юлл кунд для электронных устройств.
у реле, также как хну механических выключатсш бывает так называемое дребезжание контактов (раз х-хддел 4 3.1), которое может вьвзп они ко~ помехи, что в свою очередь влияет на измерительную ю аппаратуру и электронику пьютера. Твердотельные полупроводниковые приборы О (эо!Ы-эта!в эшпхсот!исгаг) "Рх хлосколькхх лишены мв~огллх вв няются для переключений больших мощностей, пдхлоскольку лишены ."'"' статков реле. Твердотельный выключатель имеет ужхлправляюшии вход "Р ш силовые выключатели хюб ный к устройству управления. Твердотельные -- силовь'е и сигналами цепей цхлФРово~ 4 приводиться в действие непосредственно выходныьлх ли сигналами це с ц Ф гики, поэтому ллх довольно просто использовать в ксэ-омп ют «" ' ° „„ям Различные типы управляемых выключателей ис пол У "" ' „ояя лранзисторным выходом лых хл средних мощностей.
Интегральные схемы с Р Р ' ' влдюг до 1.5 А; такие схемы УвРа" использовать до напряжений порядка 80 В и токов дх ' м„ьюллг ь выходного сигнала ком ся выходным сигналом компьютера. Когда уровень артчерш — лключателем, протекае'т" превышает 2.4 В, ток, управляемый электронным вьг~ запеР ла ниже 0.4 В, транзллстор 41 полнительный механизм, а когда уровень сигнала сышаю абсэротает как простой насьд ток не течет.
В такой конфигурации транзистор р дл ся усилитель. а тьс~ ~ Для болыпих мощностей конструкция выклю а в люча-втеля может основыва здшвслд роговых транзисторах (г!Всгеге рокег ггапэ! ') лэгот) н...ли нолевых МОП"тР~ (полевой транзистор со структурой металл-окслххлд-полупроводник, и д бет!соплуисгог Рле)л(-ЕЯесг Тгапдыгог — МОЯГЕТ). Т="хкие цепи могут пРопусьа 1б7 зици/ ~нные) исполнительные механизмы 4.б вухпоаици Разность потенциалов более 100 В. Из-за наличия внутреннер;кивать раз . 10,А явь д Р схождении тока транзистор рассеивает некоторую энергию, опротяв „а перегрева, их нужно монтировать с учетом требований охпх „„,„бы избежат драгому' тенвя.
большими мощностями (> 100 Вт) между выходом компьютера упрзвлевлли оль Прн У „ючателем не должно быть прямых электрических связей, в про,- онвымвыкчю в электр лючатель является источником помех, которые могут повлиять на „„, с чучае выключ твввсм югера КРоме того Ри ПРобое вьлключателв вь|сокое напРЯжение компьютера.
х ос для питания привода, может повредить компьютер через прямую двазваченнос дл ю связь. Чтобы избежать указанных проблем, необходима гальваничес„ехтряческую связь например схема с использованием оптической передачи сигналауправ. чразвязка,на чючшоплая светодиод и фототранзистор, расположенные вблизи друг друга ~ения, включш л искл юча . ючаюшнепрямойэлектрический Важный класс полупроводниковых выключателей — тиристоры.
Типичными представителями этого класса являются симметричный три одный тиристор, или силх,астор (Тй!ол!е А С зет!сопл(исгог — Тг1асз), и однооперационный триоидный тирнсгэр, яля однооперационный тринистор (5!1!соп-Сапего!1ей ЯесЯ!ег — ЯС1л). другое название этих полупроводниковых приборов — управляемые твердотельные выпрямвтели (ло!и1-хгате сап!го!!ел( тест(!!егэ). После того как тиристор, включенный управляющим импульсом, "поджигается", он будет оставаться включенным до тех пор, пока через него течет ток. Другими словами, в отличие от силового или полевого транзистора тиристор не выключается, когда исчезает управляющий сигнал.
Тиристор не отключается даже если приложен»ое напряжение падает до нуля. Отключение происходит только в том случае, если чп авляю . Рдвляюшее напряжение меняет знак — вынужденная коммутация. Тиристоры чаше всего нсп его используются для отключения переменных токов, потому что изменение полярности че е через одинаковые промежутки времени, по крайней мере один рач за пеРвод, позволяет яет погасить тнристор при отсутствии уп равляющего импульса — естественная коммута„ня Тврясторы мог Р могут управлять значительно ббльшими мощностями, чем силовые я.лв волевые транзист Р нзисторы.
В проводящем состоянии внутреннее сопротивление тиистора прах ич„ки гевл - ки Равно нУлю, соответственно, падение напРЯжениЯ и выделение ла виним альнь, „ы „ими можно пренебр'ч' 4 6. Отключ Е чвнме индуктивных нагрузок хсля огкд Пс . лдхчать испо ммп.д е лнительное устройство с индуктивностью — например, электдчх ть или обмотки хвнхн, и соленоида — с помощью обычного выключателя, то могут проблемы.
Нап апряжение на индукторе исполнительного устройства равно Й в=В 'де !. й лвстато, . тиэлхОстль а! н'лллух о ~во'б ' ! — ток исполнительного УстРойства. Если ток отключаетсЯ ~дште, РЯжение па индУктивности в пРоцессе отключениЯ может " "пь'х! (Рис. 4.29).
188 169 напряжение на выкиочап«влв гпок выклю'иипвля 4 7 1, усилители мощности индуктивная нагрузка источник питания исполнительного механизма Глава 4. ВхоД и выхол физичвскиФ~ФОЦессв, Рис. 4.29. Броски напряжения, возннкаюп«не в индуктивном исполнительном меха- низме прн размыкании выключателя Броски напряжения могут повредить выключатель, поэтому их необходимо гг. сить. Для этого можно использовать разрядный (шунтирующий) диод 17гвв-шйее1«п1 г1гог1в), подключенный параллельно нагрузке (рис.
4.30). При размыкании выключателя ток индуктнвности протекает через диод. Напр!. жение на исполнительном устройстве ограничено величиной менее 1 В, что соотзе!. ствует падению напряжения на диоде,. Выключатель должен выдерживать толью номинальное напряжение, а не перенапряжения. Ток индуктивности через разряг ный диод затухает экспопенциально; скорость затухания можно увеличить, включи! последовательно с диодом резистор. Рнс.
4.30. Применение шунтирук«щего диода лля гашения бросков напряжс и яжсния, воз никающих при отключении индуктивных нагрузок 4.7. Исполнительные механизмы с электроприводом п авляюв« Термин привод 1 Ыов зузгвт) обозначает комбинацию двигателя с управляю электроникой. Рнм . П нменение управляющих схем значительно улучшает функ", н о мевтвв« нальные свойства р ойства электродвигателя, позволяя регулировать скорость и момент в«, анизяв ' роких пределах и с выс делах и с высокой точностью.
Большинство исполнительных механи н,, внгазви используемых в системах управления, являются аналоговыми, например двнг" постоянного тока, синхронные и асинхронные двигатели переменного тока. Шн т Испопнитепьиь'е ""вханизмы с электроприводом 4,7. при меняются и «паговые двигатели, но их системы управления заметно отличаютс тся отпр . Риводов непрерывного действия, Привод может быть частью другого механизма ример системы позиционирования клапана, манипулятора Робота и т.
д. Обыч „н С1)-плейер содержит пРиводы для вращения диска и позиционирования держа„нтывагощего лазерного латчнка. При этом и скорость диска, и положение го„, должны вылерживаться с высокой точностью. В этом разделе рассмотрены ее важные аспекты точного управления электроприводом. Выходные порты компьютера имеют очень низкую мощность и не могут непосредственно управлять каким-либо физическим устройством. Для того чтобы возбуждать исполнительные механизмы взаимодействующие с физическим процессом (двигатели и т.
п.), выходной сигнал компьютера необходимо усиливать. Усилители мощности управляющих сигналов могут быть выполнены как отдельные устройства, так и входить непосрелственно в состав исполнигельного механизма. При уровнях мощности до нескольких сотен ватт можно использовать усилители, аналогичные применяемым в аудиосистемах, которые называются операционными усилителями мощности 1ротвгорвгаггопа1атр1«ггв«з). При больших мощностях чаще используется название сервоусилитсль нли программируемый источник энергоснабжения 1ргоягаттаЫв ротвг зирр1«вз). Конструктивно последние обычно выполнены таким образом, чт б р, обы их можно было монтировать вместе с двигателями нли электроклапазаь«н.
Выходным напряжением программируемых источников можно управлять с помощью аналогового или цифрового сигнала. . широтно-импульсная модуляция (ШИМ, ри1зв-таей тоди1аг«оп — РЪЪ'М). В жом случае выхо ное н одное напряжение переключается между двумя постоянными значениями с высокой ча !" частотои, обычно в диапазоне нескольких килогерц.
Средний уровень напряжения по Р ' ия поддерживается изменением (модуляцией) ширины импульсов. На рис.4.31п иве Ривелен пример такого сигнала "Узкие" импульсы соответствуют низкому, а "ши окие"— "зется в схем п авлени р ие" — высокому среднему напряжению. Устройство ШИМ вклю- . У Управления мощностью на основе твердотельных выключателей типа Рю«зисторов, мощных по щных полевых МОП-транзисторов или тирнсторов. В преобразовалях Лзя мо«цностей по стей порядка 300 кВт используются так называемые биполярные Дл б Рь! изолированным затвоРом (7пзи1атвг1 Саге йгРо1аг Тгапзгзгогз 1СВТ). УР мощности целесообразно применять запираемые тиристоры Т 77~торг«згогз О 1 О Му«тзгогз) ШИМ 'г'«Рнт нз. используется в тех случаях, когда обычный усилитель просто и'за высокого овна ельные п уровня мощности. Переключения приводят к тому, что твер"ь«е пРиборы заг жены венно Ру ены полной мощностью лишь короткое время и, соответРассеивание мощност щ ости в них мало, а значит, П1ИМ-усилители имеют высогоз .ктивность.
Дополннтельнь иожп ' ° тельным пРеимУществом ШИМ-Усилителей ЯвлЯетсЯ ььд ., ость непосредственного ' Явой по Р ного У'«РавлениЯ пеРеключениЯми чеРез цифРовой вы- Щ, орт компьютера 'ен Управление шн око и рер, Р спользуется в технике исполнительных механизмов Ьо«! «ого действия, таких к рв „, аких как двигатели переменного н постоянного тока и гидненн л. -сли частота не н«ос оо реключеннй ШИМ-усилнтеля достаточно высока по с австоянпой в р енн исполнительного механизма, то результнру«ощий снг- рав- 171 170 Глава 4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
