Проектирование автоматизированнь2х станков и комплексов (830798), страница 29
Текст из файла (страница 29)
По своим частотным свойствам IGВТ-транзисторы близки к биполярным и имеют допустимые динамические потери при частотах переключения ДО50 ... 100 кГц.В основе IGВТ-транзистора-составной биполярный, базовый ток которого формируется МОП-транзистором. Благодаря тому что сопротивлениеканала имеет положительный температурный коэффициент сопротивления,локального перегрева переходов составного биполярного транзистора ненаблюдается. При повышении плотности тока в каком-либо месте переходавозрастающая температура приводит к сокращению поступающего туда токаполевого транзистора.Статический КПД ключа на IGВТ-транзисторе рассчитывают по формуле(13.1).Такие транзисторы широко используют для изготовления интегральныхинверторовключей, способных формировать положительные или отрица-тельные импульсы.
Трехфазные инверторы применяют для частотной регулировки скорости вращения асинхронных электродвигателей.На рис.13.8показано формирование одного из трех фазных напряжений(фазы А). Сначала переменное трехфазное напряжение выпрямляется (входы+И и -И).Затем в течение первого полупериодафазного напряженияуправляющие импульсы подаются на затвор одного из двух IGВТ-транзисторов (на рис.13.8этоG2),формируя на выходе А импульсное напряжениеотрицательной полярности.
В течение второго полупериода транзисторG214413.Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексах+ ИРис.13.8.Схема трехфазного инвертора на JGВТ-транзисторе и формирование имнапряжения на фазе Азакрывается и управляющие импульсы подаются на затвор транзистораG 1.При этом импульсы напряжения на выходе А становятся положительными.Частота следованияимпульсов составляет несколько десятков килогерц.Соотношение между шириной !пм и периодом Тпм следования импульсов(скважность импульсов) по всему периоду изменения фазного напряжения ТФвыбирается таким образом, что после их фильтрации и сглаживания наиндуктивной нагрузке формируется синусоидальное фазное напряжение Ил.Период фазного напряжения ТФ определяет скорость вращения электродвигателя. Для регулировки тока и напряжения в целях поддержания моментана валу электродвигателя скважность импульсовпропорциональноизменяется на всем периоде фазного напряжения, но так, чтобы сохранялся синусоидальный закон изменения.
Таким образом формируются три фазных напряжения, смещенные между собой на120°.Управляет инвертором специализированный микроконтроллер, на входкоторого подается управляющий сигнал, определяющий скорость вращенияэлектродвигателя. Исходя из заданной скорости вращения микроконтроллернаходит период фазного напряжения, рассчитывает скважность импульсовнаэтомпериодеиуправляетзатворамиинверторов.Прискалярномуправлении поддерживается постоянное отношение заданной частоты иформируемой амплитуды фазного напряжения.
Такое управление применяют обычно для электродвигателей со слабо изменяющейся нагрузкой(насосы, вентиляторы и т. п.).В более сложных случаях, например при переменных и ударных нагрузках, используют векторное управление. При этом необходимо учитывать положениеротораэлектродвигателя,чтосравнительновведением датчиков углового положения ротора-просторешаетсяэнкодеров. В современных локальных регуляторах скорости вращения векторное управление реализуют без энкодеров благодаря автонастройке и формированию в микроконтроллеремоделиконкретногопривода,последующего управления инвертором.котораяииспользуетсядля13.2.КлючиЭлектронные компоненты систем автоматического управлениянатиристорахисимисторахиспользуютдля145включениявыключения и регулирования мощности, выделяемой в нагрузке.
Они способны коммутировать ток силой в несколько сотен ампер при напряжении до1 ОООВ. Тиристор представляет собой прибор с двумя устойчивыми состояниями и чередованием переходов р-п-р-п . При подаче на управляющийэлектрод положительного потенциала тиристор открывается и сохраняет своесостояние, даже если управляющий потенциал равен нулю. Для выключениятиристора необходимо, чтобы анодное напряжение стало равным нулю. Как идиод, ток тиристор проводит в одном направлении.Симистор состоит из двух встречно-параллельно включенных тиристоров.Он проводит ток в обоих направлениях и может коммутировать переменный ток.Некоторые тиристоры и симисторы устойчивого состояния не имеют и выключаются неснятиеманодного напряжения, а управляющим сигналом, поэтомуспособны коммутировать и постоянный ток.
Такие приборы со встроенной оптронной развязкой получили название твердотельных реле.Различают фазоимпульсное и широтно-импульсное управление мощностью. При фазоимпульсном управлении (рис.13.9,а) мощность, выделяемаяв нагрузке, определяется моментом открытия симистора ( сигналом ДУ) в течение каждой полуволны фазного напряжения ИФ· Чем больше время запаздывания tзап сигнала ДУ на открытие симистора, тем меньше будет мощность.ДУf запl зан---~_____,..,__атрсг6Рис.13.9.Фазоимпульсное (а) и широтно-импульсное (б)управлениеучастки -мощностьювнагрузке(заштрихованныенагрузка включена)При широтно-импульсном управлении мощность определяется длительностьюt0Трег (рис.открытия симистора в течение некоторого периода регулирования13.9, 6):Nгде Nmax -= N max t0 /Трег,максимальная мощность, выделяемая в нагрузке.14613.Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексах13.2.2.
Операционные усилителиВ настоящее время операционный усилительосновной прибор для об-работки информации, представленной в аналоговом виде. Номенклатура операционных усилителей насчитывает сотни наименований. Их выпускают вмалогабаритных корпусах, при этом они очень дешевы, что способствует ихмассовому распространению. По размерам и стоимости они практически неотличаются от отдельного транзистора.
В то же время преобразование сигнала схемой на операционном усилителе почти исключительно определяетсясвойствами цепей обратных связей и отличается высокой стабильностью ивоспроизводимостью. Кроме того, благодаря практически идеальным характеристикам усилителей реализация различных электронных схем на их основе оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах.
Поэтомуоперационные усилители почти полностью вытеснили отдельные транзисторы во многих областях аналоговой схемотехники.·n.VОперационный усилитель+ iп 1>онtOllt- IП- inбаРис.13.10.Фующиональнаясхема (а) исхемотехIШЧескоеобозначение(6)имеет два входа- in,outпрямой(рис.+in и13.10)инверсныйи цепи питания. Питание усилителя бывает биполярным( +Us, - Us)однополярнымЦепи(О,+Us).илипитанияобычно на схемах не показывают, чтобы незатруднять их чтение.операционногоусилителявыход-Для анализа существующих схем и разработки новых вводят понятие идеальногооперационногоусилителя,параметрысхемна котором определяются только цепями обратных связей.
Идеальный операционный усилитель обладает:бесконечно большим дифференциальным коэффициентом усиления понапряжению Ku = ЛИвых l(И+in - U_in) (у реальных усилителей от 10 до 1048);нулевым напряжением смещения Исм, т. е. при равенстве входных напряжений выходное напряжение должно быть равно нулю (у реальных схемИсм =5 мкВ ... 20 мВ);нулевыми входными токами (у реальных усилителей изменяется от сотыхдолей пикоампер до единиц микроампер);1нулевым выходным сопротивлением (у реальных маломощных усилителей изменяется от единиц ом до килоома);мгновенным откликом на изменение входных сигналов (у реальных усилителей время установления выходного напряжения составляет от единицнаносекунд до сотен микросекунд).1Под выходным сопротивлением понимается отношение прирашения выходногонапряжения к прирашению выходного тока с обратным знаком при изменении сопротивления нагрузки.13.2.Электронные компоненты систем автоматического управленияБольшинствосовременныхоперационныхусилителей можно147считатьидеальными.Правила расчета схем на идеальных операционных усилителях:1) входные токи усилителя равны нулю;2) усилитель устанавливает такое выходноенапряжение, чтобы напряже-ния на прямом и инверсном входах сравнялись.Рассмотримпримереля (рис.расчетсхемыинвертирующего13.11,через резисторнаR2усилитеИuыха).
Входной сигналRlпоступает на инИвыхверсный вход. Туда же подключенR2сигнал отрицательной обратной связи, снимаемый с выхода усилителячерез резисторR2.RlПоскольку напрямом входе напряжение Ивх= О,6асогласно второму правилу, нулевоеРис.напряжение должно быть и на ин13.11.Схема включения (а) и расчетная схемаверсном входе. Тогда, если входной(6)инвертирующего усили-теляток на инверсном входе J_in=О,согласно расчетной схеме, приведенной на рис.13 .11,б, для узла, расположенного на инверсном входе,1Rl=1R2,ИЛИ0-ИвхИвых -ОR1R2---Для выходного сигнала получаемИвыхгде Ку-R2= --Ивх= Ку / Ивх ,R1коэффициент усиления схемы.Поскольку выходной сигнал меняет знак, такой усилитель называется инвертирующим.
Резистор RЗ компенсирует входные токи по прямому и инверсному входам. Его сопротивление принимают равным сопротивлению параллельно включенных резисторовRlиR2.У современных операционныхусилителей, особенно выполненных на МОП-транзисторах, входные токиочень малы и компенсирующий резистор RЗ не применяют.Инвертирующий усилитель широко используют для усиления аналоговыхсигналов. Если коэффициент усиления не превышает50 ... 100, реальныеоперационные усилители ведут себя как идеальные. Входное сопротивление инвертирующего усилителя равноR1и от входного сопротивления операционного усилителя практически не зависит.На рис.13.12приведены широко применяемые в САУ схемы включенияоперационных усилителей, а также расчетные формулы, описывающие связьвходных и выходных сигналов.13.
Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексах148сRtИвых =-IJdИвхИвых = RC Ивх d t + С- RCdtобавRO- {Ивых тах n.ри И1 > И2,Ивых- Ивьrх min приИ1<ИИвых =2дгеРис.13.12. Типовые схемы включения операционных усилителей:анеинвертирующий усилитель; бд-компаратор; е --RoRi (И+- UJдифференциатор; в-Юiтегратор; г-сумматор;дифференциальный усилительСхема инструменталы-юго усилителя,выполняющегоусилениеразностисигналов, как и схема на рис.казана на рис.13 .13.13.12,двухе, поОна имеет высокиевходные сопротивления, поэтому не искажаетусиливаемыесигналы.Схеманастолько удачна, что выпускается сейчасмногими производителями в интегральномисполнении.
В этом случае она действиРис.13.13.Схема инструменталь-ного усилителятельно проявляет свои наилучшие свойства, поскольку параметры всех компонен-тов согласованы должным образом. Входные сигналы И+ и И_ усиливаются в первом каскаде усилителя. При этомусиливается напряжение смещения и температурный дрейф. Два резистораR2ДОЛЖНЫ быть идентичны. Для выходных сигналов Ивых ] + и и вых] - первыхкаскадов, приложенных к резисторамИвыхl + -Ивых] -R3, имеем= (1 + 2R2/ R 1)(И+ -и_ ).Сигналы смещения и температурного дрейфа обоих усилителей вычитаются, поэтому, если усилители идентичны, то смещения и дрейф компенсируются.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
