Знака сигнала. Устройство сравнения.

Устройство гальванической развязки

Цель работы: Изучить назначение, принцип работы данных элементов системы автоматизированного электропривода.

Устройство определения знака сигнала

Оно предназначено для дискретного определения знака контролируемого параметра по достижении им заданного значения. Подобные устройства применяются в схемах управления электроприводами поворота стрелы и хода экскаваторов ЭРШР-5000 и ЭРШРД-5250 для согласования работы аналоговой и релейно-контакторной частей схемы.

На рис. 18 изображена принципиальная схема устройства, применяемая в электроприводе поворота стрелы ЭРШРД-5250.

В схеме используются два интегральных ОУ DA1 и DA2,включенных по пороговой схеме компаратора и управляющих транзисторными ключами VT1 – VT3. Токи коллекторов транзисторов VT1 – VT3 протекают по обмоткам электромагнитных реле К1В, К2В, которые подключены к выходам блока ВВ.

Входные сигналы U_вх1и U_вх2 (выводы 7 и 8) соответственно через резисторы R_вх1 и R_вх2 подаются на (+) входы усилителей DA1, DA2 первого и второго компараторов и создают входные токи I_вх1, I_вх2, имеющие в зависимости от знака U_вх1, U_вх2то или иное направление. На те же входы DA1, DA2 от внешних источников поступают токи смещения I_см (выводы 1 и 11), направление которых на схеме показано стрелками. Если знак напряжения на выходе DA1 положителен, а на выходе DA2 отрицателен, то через диоды VD5, VD6 и резисторы R_п,с1, R_п,с2 протекают токи положительных ОС, которые суммируются с токами I_вх1,2 и I_см1,2 на входе усилителей. При такой схеме включения компаратора зависимость напряжения на его выходе от тока на входе имеет вид, показанный на рис. 19, а для первого компаратора (ОУ DA1) и на рис. 19, б для второго компаратора (ОУ DA2).

Ток срабатывания компараторов I_ср равен I_см, а ток отпускания I_отп= I_c_м- I_п,с, где I_п,с– ток положительной ОС. Откуда следует, что порог срабатывания компараторов устанавливается во внешних цепях регулировкой I_см, а ширина петли характеристики вход-выход тем больше, чем глубже положительная ОС, и регулируется резисторами R1, R2.

Рис. 18. Принципиальная схема устройства определения знака сигналов ВВ.

При положительном U_вых_DA1; открывается транзистор п-р-п проводимости VT1 и появляется напряжение U_вых1 достаточное для включения реле К1В, а при отрицательном напряжении на выходе DA2 открывается транзистор р-п-р проводимости VT2 и включается реле К2В. При смене полярности напряжений на выходе компараторов на противоположные транзисторы VT1, VT2 запираются, U_вых1= U_вых2= 0 и реле К1В,К2В отключаются.

Рис. 19. Характеристики вход-выход пороговых компараторов.

В схеме управления электроприводом входные выводы 7 и 8 закорочены между собой и на оба компаратора подается один и тот же входной сигнал. Токи смещения также устанавливаются одинаковыми и равными I_см. Тогда при I_вх≤ I_см, u_вых_da1< o, U_вых_DA2> 0 обa ключа закрыты и К.1В, К.2В отключены. При U_вх> 0 с его ростом по достижении I_вх> I_см U_выхDA1 скачком становится положительным, замыкается ключ VT1 и включается реле К1В (К2В остается отключенным). С уменьшением U_вх до уровня, когда I_вх< I_отп, компаратор переключается, размыкается ключ VT1 и отключается реле К1В. Аналогичные операции происходят при изменении знака U_вх и регулировании его, но с той лишь разницей, что переключается второй компаратор, замыкается или размыкается ключ VT2 и работает реле К2В (К1В остается отключенным).

При использовании компараторов устройства ВВ в качестве схемы сравнения предусмотрена возможность изменения полярности U_выхDA1, при которой появляется напряжение U_вых1 для чего в работу включается транзистор р-п-р проводимости VT3, а VT2 отключается (снимаются перемычки между точками с и d, f и h, а устанавливаются между с и е, f и g). Для включения первого компаратора аналогично второму меняется направление включения диода VD5и знак тока I_см1

Светоизлучающие диоды VD7, VD8, включенные параллельно нагрузкам устройства, обеспечивают возможность визуального контроля работы схемы. Диоды VD1 - VD4 защищают входные цепи усилителей, диоды VD9, VD10 –цепи коллектор-эмиттер транзисторов VT1 - VT3 от перенапряжений. Конденсаторы С_к корректируют частотные характеристики ОУ, а С1, С2 повышают помехозащищенность схемы.

Устройство определения знака сигнала ВВ, применяемое в схемах управления электроприводом поворота стрелы ЭРШР-5000 и электроприводами хода ЭРШР-5000 и ЭРШРД-5250, имеет принципиальную схему, изображенную на рис. 3. Схема построена симметрично относительно общей точки (вывод 3) и состоит из двух одинаковых частей, каждая из которых содержит последовательно включенные нуль-орган и усилитель. Нуль–органы образуют транзисторы р-п-р проводимости VT1 и VT2, а в качестве усилителей А1 и А2 используются усилители типа Т-403 серии «Логика-Т». На рис. 20 нумерация внешних контактных соединений для А 1, А2 соответствует технической документации на Т-403.

Рис. 20. Принципиальная схема устройства определения знака сигнала ВВ.

В исходном состоянии схемы ВВ, когда U_вх близко к 0, оба, транзистора VT1 и VT2 полностью открыты токами смещения, протекающими под действием напряжения источника питания U_п2 по переходам эмиттер – база транзисторов VT1, VT2 и резисторам R3, R2. На входе усилителей A1, A2 минимальный сигнал, равный напряжению эмиттер – коллектор насыщенных транзисторов VT1, VT2. Этот сигнал не открывает Al, A2 и на их выходах напряжения близки к 0, т. е. U_вых1= =U_вых2≈ 0.

При напряжении U_вх> 0 (потенциал вывода 4 больше, чем вывода 5), превышающем порог срабатывания нуль-органа, запирается транзистор VT1, на вход A1 поступает напряжение U_п2, A1 открывается и на его выходе появляется напряжение U_вых1= U_п2. Транзистор VT2 и усилитель А2 при этом не изменяют своего режима работы. При смене полярности U_вх в работу включается другая половина схемы – запирается VT2 (VT1 открывается) и появляется U_вых2= U_вых2 (U_вых1≈ 0).

Источник постоянного тока напряжением U_П1 служит для подачи запирающего сигнала смещения на усилители A1, A2. Диоды VDI, VD2 защищают переход эмиттер – база транзисторов VT1, VT2 от недопустимых обратных напряжений и создают цепь для протекания входного тока в зависимости от полярности U_П1 либо через VDI, эмиттер – база VT2, R1, либо через R1, VD2 и эмиттер – база VT1.

Устройство сравнения

Оно предназначено для фиксации равенства двух сигналов и дискретного изменения состояния исполнительного органа. Применяется такое устройство в схемах управления электроприводами хода экскаваторов ЭРШР-5000 и ЭРШРД-5250 и участвует в работе схем управления в режиме автоматической дозированной подачи. На рис. 21 дана принципиальная схема устройства.

Устройство сравнения состоит из нуль-органа, представляющего собой нереверсивный полупроводниковый усилитель, выполненный на транзисторах VT1 –VT4, релейного элемента AQ типа Т-202 и усилителя мощности A типа Т-402 серии «Логика-Т».

В исходном состояния, когда U_вх1= U_вх2= 0, все транзисторы усилителя открыты и на входе релейного элемента AQ напряжение близко к 0, U_вых= 0 и реле K2Q отключено. На первый вход устройства (выводы 5, 9) подается напряжение U_вх1 с выхода фазочувствительного выпрямителя UB2, пропорциональное заданному перемещению экскаватора. На второй вход (выводы 6, 7) подается напряжение U_вх2 с выхода функционального преобразователя US, которое пропорционально квадрату скорости механизма.

Рис. 21. Принципиальная схема устройства сравнения UQ.

При U_вх1> 0 ток базы транзистора VT1 уменьшается и он призакрывается. Уменьшается ток через R2, потенциал на базе VT3 уменьшается, и он закрывается. В результате разрывается связь между коллектором и базой транзистора VT4, на его базе под действием напряжения источника U_п2 появляется положительный потенциал, равный прямому падению напряжения на диоде VD6,он запирается. Напряжение коллектор – эмиттер VT4, являющееся входным для AQ, становится равным напряжению источника питания U_п1. Срабатывает релейный элемент AQ, отпирается усилитель мощности А, появляется напряжение U_вых, достаточное для срабатывания реле K2Q.

По мере разгона привода растет напряжение U_вх2 и уменьшается U_вх1. При U_вх1= U_вх2 вновь открываются транзисторы VT1 – VT4, отключается AQ, U_вых становится равным 0 и отпадает сердечник реле K2Q.

Устройство гальванической развязки

Оно предназначено для гальванического, разделения отдельных участков схемы по условиям параллельной работы, снижения уровня помех и повышения электробезопасности.

На рис. 22 приведена принципиальная схема устройства гальванической развязки, которое применяется в ТП UM, UL главных электроприводов роторных экскаваторов как встроенный блок, а также в схеме управления электроприводами механизма хода ЭРШР-5000 и ЭРШРД-5250 для потенциального разделения якорных цепей двух входящих в схему электроприводов. Функционально устройство состоит из модулятора, преобразующего входной сигнал постоянного тока в переменный ток, разделительного трансформатора передающего этот ток, демодулятора, преобразующего сигнал переменного тока в постоянный, и автогенератора, вырабатывающего переменное напряжение, коммутирующее ключи модулятора и демодулятора.

Рис. 22.   Принципиальная схема устройства гальванической развязки UR.

Временными диаграммами токов и напряжений,показанными на рис. 23. поясняется принцип работы автогенератора, модулятора и демодулятора. На диаграммах полярность токов в обмотках трансформаторов и напряжений на них принята положительной, если ток течет от начала обмотки к концу или если потенциал начала обмотки выше потенциала конца обмотки.

Схемы автогенератора, модулятора и демодулятора мало отличаются друг от друга. Автогенератор построен на транзисторах р-п-р проводимости VT1, VT2, трансформаторе TV2 и резисторах R1 – R3. Транзисторы питаются от источника постоянного напряжения U_п. Между эмиттерами и базами VT1, VT2включены резисторы смещения R2,R3, обеспечивающие надежное запирание транзисторов. Для запуска автогенератора служит резистор R1, через который связан отрицательный вывод источника питания с базой VT1. Небольшого тока базы, протекающего через R1, достаточно, чтобы приоткрыть VT1. Появляется ток коллектора этого транзистора, протекающий через обмотку I трансформатора TV2. В сердечнике TV2 возникает магнитный поток, который наводит ЭДС в обмотках трансформатора.

Рис. 23. Временные диаграммы, поясняющие работу

устройства гальванической развязки UR.

Полярность ЭДС обмотки III е_IIITV2 такова, что под ее воздействием протекает ток от конца обмотки через резистор R3,цепь эмиттер – база VT1 к началу обмотки. Так как ЭДС обмоток трансформатора пропорциональна производной пронизывающего их витки магнитного потока, то обмоткой III обеспечивается гибкая ОС по магнитному потоку, положительная для открывающегося и отрицательная для закрывающегося (закрытого) транзистора.

Транзистор VT1 быстро открывается, напряжение на его коллекторе u_KVT₁ спадает до минимального уровня (рис. 23, а), а ток в обмотке I трансформатора TV2i_ITV₂ нарастает (рис. 23, в). Если рассматривать уже установившийся автоколебательный режим, то в этот момент напряжение на коллекторе VT2 u_KVT₂ (рис. 23, 6) быстро нарастает, он запирается, а ток через обмотку II трансформатора TV2 i_I_ITV (рис. 23, г) уменьшается до 0.

Характер изменения ЭДС обмоток трансформатора TV2 соответствует диаграмме, данной на рис. 23, д. По мере приближения тока i_{I TV2} к максимальному уровню снижается модуль его производной |di_ITV₂/dt|, а следовательно, производной магнитного потока и ЭДС в обмотках трансформатора. Уменьшается положительный потенциал на базе VT2 и ток базы VT1. Как только VT1 выйдет из режима насыщения и начнет запираться, изменится полярность производной тока в обмотке I и, как следствие, полярность e_IIITV₂. Это приведет к ускоренному запиранию VT1 и открыванию VT2. Далее рассмотренный процесс повторяется с постоянной частотой, называемой частотой коммутации.

Модулятор и демодулятор имеют аналогичную автогенератору схему включения транзисторов VT3, VT4 и VT5, VT6, переключаемых из полностью открытого состояния в закрытое с частотой коммутации ЭДС обмоток IV и V трансформатора TV2.

Модулятор состоит из транзисторов VT3, VT4, сопротивлений смешения R4, R5, обмотки управления IV трансформатора TV2 и первичных обмоток I и II разделительного трансформатора TV1. Демодулятор состоит из транзисторов VT5, VT6, резисторов R6, R7, обмотки управления V трансформатора TV2 и вторичных обмоток III и IV разделительного трансформатора TV1.

Поочередно открываются транзисторы VT3, VT5, а VT4, VT6 закрываются, затем открываются VT4, VT6, а VT3, VT5 закрываются. Напряжение на коллекторах запертых транзисторов модулятора u_KVT3. u_KVT4 равно напряжению U_вх (рис. 23, е) и изменяется во времени, как показано на рис. 23, ж и з. При открытом транзисторе VT3 U_вх прикладывается к обмотке II TV1, а при открытом VT4 – к обмотке I TV1 и вызывает в обмотках I и II протекание токов i_itv₁, i_IITV₂(рис. 23 и, к). Под воздействием указанных токов в обмотках III и IV TV1 наводятся ЭДС е_III,_ivt_v1, имеющих форму, близкую к изображенной на рис. 23, л. Амплитуда этой переменной практически прямоугольной ЭДС пропорциональна U_вх, а фаза определяется полярностью U_вх.

Поскольку транзисторы демодулятора переключаются синхронно с транзисторами модулятора, то из сопоставления временных зависимостей, данных на рис. 23. ж, з, с зависимостью e _III_,_IV_,_TV₁(t) (рис. 23, л) видно, что при U_вх> 0 VT5 замыкается при положительном потенциале на начале обмотки III TV1, а VT4 – при положительном потенциале на конце обмотки IV TV1. При U_вх< 0 потенциалы соответственно меняют знак на противоположный. Следовательно, демодулятор работает как фазочувствительный выпрямитель и изменяет полярность напряжения на выходе U_вых при изменении фазы e_III_,_IV_,_TV₁ на π, а U_вых – пропорционально амплитуде e_III_,_IV_,_TV₁, т. е. U_вых~ U_вх.

Работа биполярных р-п-р транзисторов модулятора и демодулятора в качестве ключей, проводящих ток не только от эмиттера к коллектору, но и наоборот, в рассмотренной схеме возможна, так как ток базы транзисторов в открытом состоянии превышает их ток коллектора. Стабилитроны VD1, VD2 служат для ограничения U_вх. Конденсатор С является фильтрующим и сглаживает напряжение U_вых (рис. 23, м).

Контрольные вопросы

1. Назначение данных элементов.

2. Устройство определения знака сигнала.

3. Чем устанавливается порог срабатывания компараторов.

4. Состав устройства сравнения.

5. Состав устройства гальванической развязки.

6. Работа автогенератора

7. Состав и работа модулятора и демодулятора.

8. Назначение светодиодов.

9. Назначение перемычек

Лабораторная работа №6

БЛОК РЕГУЛЯТОРА

Цель работы: Изучить назначение, устройство и принцип

действия блока-регулятора.

Блок регулятора

Он имеет многоцелевое назначение и может применяться в качестве сумматора, инвертора, интегратора и компаратора для построения контуров регулирования в схемах автоматического управления электроприводами и в ряде других схем.

Блоки регулятора используются в схеме управления электроприводом роторного колеса экскаватора ЭРШРД-5250. Принципиальная схема блока регулятора приведена на рис. 24. Она функционально разделена на три части: собственно регулятор, собранный на ОУ DA1; бесконтактное реле, выполненное на микросхемах DA4 и DD2; вспомогательная многофункциональная часть (инвертор А или пороговый компаратор), собранная на ОУ DA2.

Схема включения усилителя DA1 позволяет получить на нем регулятор с П – или ПИ – передаточной функцией при различных параметрах (влиянием малой емкости С1 можно пренебречь). Напряжение на выходе ПИ – регулятора u_{вых.рег} при подаче одновременно на его n входов управляющих напряжений u_вх.рег_i изменяется по закону

(1)

где U_{вых,рег(о)} – начальная интегральная составляющая выходного напряжения; k_вх– коэффициент ослабления выходного напряжения, зависящий от положения движка резистора R2 и изменяемый от 0 до 1.

При ступенчатом напряжении управления на одном i - м входе и отсутствии сигналов по другим входам (1) приобретает вид следующей зависимости:

При необходимости получения П – регулятора вместо конденсатора C_o_._c1 между точками схемы i и j (см. рис. 24) ставится перемычка и интегральная составляющая передаточной функции становится равной 0.

Кроме настройки необходимой передаточной функции и ее коэффициентов путем изменения сопротивлений R_вх_i, R_o_,_c1 и емкости C_o_._c1 схема позволяет обеспечить ограничение выходного напряжения регулятора путем введения на усилитель DA1 жесткой ОС по напряжению с отсечкой. Эта связь организует как нерегулируемая с использованием двуханодного стабилитрона VD3 и принимается в АА (см. рисунок), для чего устанавливаются перемычки между точками а, с, и d, f схемы или как регулируемая с использованием транзисторов VT1, VT2 и применяется в AR (см. рисунок), для чего перемычки устанавливаются между точками a,b и d, e схемы.

Рис.24. Принципиальная схема блока регулятора.

Уровень ограничения U_{вых,рег}_max устанавливается путем подачи соответствующих опорных запирающих напряжений с движков регулируемых резисторов R3, R4 – положительного на базу транзисторов p-n-p проводимости VT2 и отрицательного на базу транзистора n-p-n проводимости VT1. Транзистор VT1 открывается, когда потенциал его эмиттера ниже потенциала базы, а VT2, наоборот, когда потенциал эмиттера выше потенциала базы.

В том случае, когда требуется работа регулятора на низкоомную нагрузку, на выходе DA1 включает эмитерный повторитель на транзисторах VT3, VT4. Для этого устанавливается перемычка между точками g и h схемы и U_{вых,рег.} снимает с выходного вывода 12 (применяется в АА, см. рис. 24).

Когда при отсутствии сигнала задания в схеме управления электроприводом требуется защита от возможного появления напряжения на выходе ПИ – регулятора или когда необходимо сбросить U_{вых. рег.}до 0 независимо от наличия U_{вых.рег.}, производится замыкание выхода DA1 с его входом через малое сопротивление бесконтактного ключа DA4. С этой целью в схеме блока регулятора для AR устанавливается перемычка между точками k, l и m, n, а для АА – между k, m и l, n.

Бесконтактный ключ выполнен в виде пары полевых транзисторов микросхемы. Ключ разомкнут при напряжении на его входе, близком к 0, и замкнут при определенном уровне положительного напряжения. Управление ключом происходит с помощью микросхемы DD2, которая по используемому в схеме входу работает как логический элемент НЕ с согласованием уровня своего напряжения с уровнем напряжения управления ключом DA4. При подаче на выход 3 блока положительного напряжения управления регулятора U_{вых. рег} выходное сопротивление DD2 становится малым и напряжение на входе близко к 0. Ключ размыкается. При приблизительно равном 0 выходное сопротивление DD2 велико тогда на вход ключа 4 через резистор R9 от параметрического стабилизатора, выполненного на резисторе R8 и стабилитроне 7, подается положительное напряжение требуемого уровня. Ключ срабатывает и сбрасывается U_{вых. рег} до 0.

           Усилитель имеет вспомогательное значение. В схеме управления электроприводом (см. рисунок) он используется как инвертирующий усилитель А для изменения знака сигнала ОС по току (между точками g и r схемы вместо диода VD4 ставится перемычка) и как пороговый компаратор АQ в цепи ОС по току с отсечкой (между точками p и g схемы вместо резистора R_о,с2ставится перемычка).

           Для установки порога переключения компаратора на выход 7 блока подается отрицательное опорное напряжение. Появление под его воздействием положительного напряжения на выходе DA2 предотвращается диодом VD4, который при такой полярности открыт и замыкает выход DA2 со входом. На входной выход 8 блока подается положительное напряжение, пропорциональное в АQ току электропривода. При U_вх8> |U_вх7| R_вх4/R_вх5 входной ток операционного усилителя DA2 меняет знак и на выходе DA2 скачком появляется отрицательное напряжение, которое ограничивается стабилитроном VD6.

           В схеме блока регулируемые резисторы используются для установки 0 напряжения на выходе DA1, DA2 при отсутствии напряжения на их входе резисторы R5, R6 предназначены для ограничения тока коллекторов VT3, VT4 при коротких замыканиях на выходе регулятора. Диоды VD1, VD2 защищают переходы эмиттер-база транзисторов VT1, VT2 от обратных напряжений. Конденсаторы С_ккорректируют частотные характеристики ОУ DA1 и DA2, С1 и С2 ослабляют влияние на работу схемы высокочастотных составляющих входных сигналов, а С_ф являются развязывающими фильтрами по цепям питания.



Контрольные вопросы

1.Что может заменять блок-регулятор.

2. Работа блок-регулятора.

3.Как провести настройку передающей функции и ее коэффициентов.

4.Защита от возможного появления напряжения на выходе ПИ-регулятора.

5.Состав устройства гальванической развязки.

6. Назначение усилителя DA2.

7.Назначение регулируемых сопротивлений.

8. Назначение и работа бесконтактного ключа.

9.Назначение перемычек

Библиографический список

1.Системы электропривода и электрооборудование роторных экскаваторов/Ю.Т. Калашников, А.О. Горнов, В.Н.Остриров и др.-М.: Энергоатомиздат,1988.-312 с.: ил.

2.Подлесный Н.И., Рубанов В.Г. Элементы систем автоматического управления и контроля.-2-е изд., перераб. и доп.- Киев: Вища школа,1982.-477 с.

3.Терехов в.м. Элементы автоматизированного электропривода: Учебник для вузов.-М.: Энергоатомиздат,1987.- 224 с.: ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………….… 3

Лабораторная работа 1

Сельсинный командоаппарат. Сельсинное измерительное устройство………………………………. 4

Лабораторная работа 2

Узел суммирования сигналов задания

и обратных связей………………………................................. 9

Лабораторная работа 3

Фазочувствительный выпрямитель……………….… 14

Лабораторная работа 4

Задатчик интенсивности.

Согласующий усилитель………………………………... 23

Лабораторная работа 5



Устройство определения знака сигнала. Устройство сравнения. Устройство гальванической развязки……………………...………... 32

Лабораторная работа 6

БЛОК РЕГУЛЯТОРА…………………………………………….... 41

Библиографический список…………………………….. 45

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 501; Мы поможем в написании вашей работы!
Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 34

Мы поможем в написании ваших работ!