Краткие теоретические сведения

В управляемых преобразователях электроприводов входные и выходные сигналы систем управления (СУ), авторегулирования (САР), защиты и сигнализации (СЗС), датчиков регулируемых параметров и вспомагательных устройств в обязательном порядке гальванически развязываются от внешних цепей. Гальваническая развязка внешних контактных сигналов в преобразователях с элементной базой малой степени интеграции производится с помощью ячеек ввода и вывода. Ячейки ввода отличаются от ячеек вывода наличием входных фильтров. В ячейках ввода ВЛ - 2АИ, №607, №604, ячейке вывода УЛ - 2АИ для гальванической развязки сигналов используются оптроны. В качестве примера приведена ячейка ввода ВЛ-2АИ имеющая 8 каналов. Один из них показан на рисунке 1.

Рис. 1 - канал ячейки ВЛ-2АИ

При U_BX=24 В резистор R1 закорачивают. На контакте В16 имеется прямой выход, высокий уровень которого совпадает с высоким уровнем U_BX, а на контакте В22 - инверсный.

В ячейках вывода №501, №501А гальваническая развязка сигналов производится с помощью герконовых реле. Один из каналов ячейки вывода №501 показан на рисунке 2.

Рис. 2 . Канал ячейки вывода №501.

Герконовое реле K₁ срабатывает при замыкании ключа Кл2 или КлЗ и подаче высокого уровня напряжения U_BX=10.5 В. Напряжение логического нуля не более 7.5 В. Контакты реле К_1.1 и K_1.2 коммутируют напряжение до 100 В при токе до 0.1 А. Ток потребления 250 мА. Задержка включения 3 мс.

Устройство и принцип действия оптронов

Оптроном (оптопарой) называют полупроводниковый прибор, состоящий из излучающего и приемного элементов, расположенных в одном корпусе и связанных между собой оптически. В качестве излучающего элемента в оптронах используются светоизлучающие диоды или лампочки. В качестве элемента, преобразующего энергию оптического излучения в электрическую, используются: фотодиоды, фоторезисторы, фотосопротивления, фототиристоры.

Оптроны применяются для преобразования электрических сигналов, их усиления, согласования низковольтных и высоковольтных электрических цепей, гальванической развязки электрических цепей, бесконтактного управления величиной сопротивления.

Условные обзначения оптронов

Резисторный оптрон

Диодный оптрон

Транзисторный оптрон

Дифференциальный оптрон

Тиристорный оптрон

Рис. 3. Условные обозначения оптронов

Нумерация выводов оптронов

Конструктивно оптроны выполняются в металлическом цилиндрическом корпусе с проволочными выводами либо в пластмассовом прямоугольном корпусе с ленточными выводами. Расположение первого вывода оптронов или оптронных микросхем обозначается с помощью ключа или метки (Рис. 4). Если смотреть на корпус снизу, то номера остальных выводов отсчитываются по часовой стрелке.

Р ис. 4 Конструкция оптронов характеристики оптронов

Входные и выходные характеристики диодных и транзисторных оптронов обладают значительной нелинейностью. При создании устройств, где требуется линейная характеристика, например, в датчиках напряжения и тока могут применяться дифференциальные оптроны состоящие из источника излучения и двух приемников, один из которых включается в цепь обратной связи операционного усилителя. Характеристики оптронов зависят в первую очередь от используемых источников и приемников излучения.

Фоторезисторные оптроны имеют линейную выходную характеристику, высокое сопротивление R_TЕM/R_СB . Отношение темнового сопротивления к световому до 10⁷, однако, из-за большой инерционности (Т_вкл, Т_выкл=0,01 ...0,1с), их применение ограничено.

Фототранзисторные оптроны обладают большим коэффициен­том передачи по току К= 6 ... 8 и относительно небольшим быстродействием (Т_ВКЛ , Т_ВЫКЛ =1•10^-3 с).

Наибольшим быстродействием обладают диодные оптроны (Т_вкл, Т_выкл.= 1• 10^-8 с). Недостатком диодных оптронов является их малый коэффициент передачи по току (единицы процентов).

Фототиристорные оптроны используются для коммутации больших токов (до десятков кА) в силовых цепях с напряжением до нескольких кВ.

В импульсном режиме работы важной характеристикой оптрона является его инерционность, характеризующаяся временем включения, временем выключения и граничной частотой.

Свойства оптронов как гальванической развязки характеризуют И_с, Re, C_c — напряжение, сопротивление и емкость связи соответственно излучателя и приемника.