книги из ГПНТБ / Автоматическое управление газотурбинными установками

Предположим, что на вход схемы сигнал ни поступает и что к началу

управляющего полупериода заканчивается. При этом поток в сер­ дечнике изменится на величину ДФ ^ Фг + Ф5 и к началу рабочего полупериода будет равен — Фг.

* Условие (III.4) нарушается для элементов, установленных на выходе логических цепей, нагрузкой которых служат входы выходных усилителей или какие-либо активные сопротивления. В этом случае к рабочей цени логи­ ческого элемента напряжение смещения Un ,b (см. рис. III.11, а, б) либо вообще

не подводится, либо подводится только одного знака — в течение положитель­ ных полуперподов. Это делается потому, что отрицательная полуволна напря­ жения смещения может быть воспринята нагрузкой как сигнал. Таким образом,

больше, то диод в рабочей цепи оказывается открытым.

91

В этот момент знаки напряжений питания изменятся и наступит рабочий полупериод. Как отмечалось выше, по направлению поля рабочей обмотки и обмотки управления противоположны, а пара­ метры рабочей обмотки таковы, что к концу действия рабочего лолупериода поток в сердечнике достигает первоначального состоя­ ния +Ф,.- Таким образом, сердечник вновь перемагнитится, но уже током, протекавшим по рабочей цепи.

Наводимая при изменении потока противоэлектродвижущая сила в рабочей обмотке wp ограничивает ток / р до величины тока намагничивания J 0p, который мал. В связи с тем, что ток смещения

напряжения на диоде при этом не превышает 0,5—1 в. Иными сло­ вами, потенциал точки С относительно общей точки или сигнал на выходе повторителя будет близок к нулю. Таким образом, нуле­ вому значению входной величины соответствует нулевое значение логической выходной переменной.

При подаче на вход элемента в управляющий полупериод отри­ цательного сигнала £/вх, по абсолютной величине превышающего управляющее напряжение, диод ДЗ оказывается запертым прило­ женным к нему обратным напряжением | Uux — t/y&| > 0. Цепь

управления разрывается, ток по обмотке управления не протекает, поток в сердечнике не меняется, и к концу управляющего полупериода

лоток в сердечнике практически сразу достигает значения иасыщення + Ф 5 и остается неизменным большую часть полупериода.

В связи с этим противоэлектродвижущая сила .в обмотке wp наводиться не будет и, следовательно, ток в рабочей цепи будет ограничиваться только активными сопротивлениями обмотки, рези­ стора R2 и нагрузки. По величине он может во много раз превосхо­ дить ток намагничивания 1 0р. Учитывая, что активное сопротивление

обмотки ЩрМало, можно считать, что практически все напряжение питания UPb окажется приложенным к нагрузке и к резистору R2.

На выходе элемента логическая переменная принимает единичное значение.

Таким образом, в зависимости от состояния сердечника элемента к концу управляющего полупериода (+Ф Г или —Фг), которое опре­

ния, выходное напряжение или примет вид однополупериодного отрицательного импульса (Y — 1), или будет близко к нулю (Y — 0). Это соответствует режиму повторителя Y = X (рис. III.14).

Схема, изображенная на рис. III.11, б, как отмечалось выше,

выполняет функцию инвертирования , сигналов Y = X . В отличие от схемы повторителя здесь в цепи обмотки управления нет постоянно

92

подключенного источника опорного напряжения Uy . Поэтому сер­

дечник такого элемента при отсутствии входного сигнала управле­ ния (X = 0) не перемагничивается и, следовательно, поток в нем в рабочий полупериод практически не меняется. При этом все напря­ жение Uро поступает на выход схемы (У = 1). При подаче в управля­

ющий полупериод на вход схемы напряжения UBX (X = 1) по обмотке wy потечет ток и сердечник перемагнитится из состояния +Ф

V

Рис. III.14.

Диаграмма ра­ боты повтори­ теля при подаче п снятии вход­ ного сигнала.

{

в состояние —Фл. В результате в следующий рабочий полупериод сердечник перемагничивается в обратном направлении и ток в обмотке ограничивается током намагничивания/0р. Сигнал на выходе близок к нулю (У = 0) в течение всего времени наличия входного сигнала.

Другие логические функции осуществляются с помощью диод­ ных схем на входе повторителя или инвертора (см. табл. III.2) *. В частности, для реализации логической схемы «или» на к входов параллельно входному диоду Д1 в точке В (см. рис. III.11, а) под­ соединяется соответствующее количество вентилей. При этом при поступлении на любой из входов сигнала | UBX[ > | ÜYa | диод ДЗ

запирается и на выходе повторителя со сдвигом во времени на один полупериод (один такт) появляется сигнал, равный 1 (см. табл. III.2, элемент М'102).

* В промышленных элементах серии «Логика М» диод Д 2 на общую точку

. схемы в цепи обмотки управления не устанавливается. Его функцию выпол_няет диод смещения До рабочей цепи предыдущего элемента.

Схема логического элемента «щ на к входов (элемент М'10'1) реализуется путем добавления в цепи обмотки управления соот­ ветствующего количества входных цепей, подобных той, которая установлена в схеме повторителя (Д1, ДЗ и R1). При этом процесс перемагничивания сердечника током, протекающим по цепи обмотки управления, невозможен только при условии, когда входные сиг­ налы подаются одновременно на все к входов, т. е. все диоды ДЗ заперты. Схема элемента «или—не» («ни—ни») строится на основе схемы инвертора с диодами, подсоединенными параллельно вентилю ДЗ (см. рис. III.11, б; табл. III.2, элемент М'103). Схема «запрет»,

реализующая логическую функцию Y = X 2, основана на исполь­ зовании двух обмоток управления, причем цепь одной обмотки построена подобно цепи обмотки управления повторителя, а в основе другой (запрещающей) лежит принцип, используемый в схеме инвер­ тора (элемент М104).

На основе описанных схем построены и более сложные, например реализующие функцию Шеффера («и» с отрицанием), функции равно­ значности, неравнозначности и т. п. Следует отметить некоторые особенности магнитно-диодных элементов.

1. На работу этих элементов не оказывает влияния форма пита­ ющего напряжения. Использование напряжения промышленной ча­ стоты объясняется удобством получения в производственных условиях синфазных напряжений С7у, £/см, Up путем трансформации перемен­ ного синусоидального напряжения 220 в.

2.Выходной сигнал находится в противофазе с сигналом, посту­ пающим на вход. В связи с этим для нормальной работы элементов необходимо, чтобы все напряжения питания каждого последующего элемента были в противофазе с напряжениями питания соответству­ ющих цепей предыдущего.

3.На все входы каждого элемента должны подаваться сигналы

только одной (соответствующей питанию этого элемента) фазы. Для согласования фаз в сложных схемах могут устанавливаться

для последующего.

5. Из-за непрямоугольности характеристики материала (Кпр = = ФГ/Ф5 ф 1) форма выходного напряжения магнитно-диодных эле­ ментов несколько искажена (см. рис. III.14), причем угол отсечки выходного напряжения в соответствии с выражением III.2 возрастает при понижении напряжения питания. Чтобы устранить влияние этого явления на работу последующих элементов, напряжению управления также придается подобный, но больший угол отсечки аотс, который обеспечивается установкой дросселя отсечки в транс­ форматоре питания (см. рис. III.11, в).

6. У магнитно-диодных элементов серии «Логика М» практи­ чески не ограничена величина коэффициента объединения по входу.

94

Это объясняется тем, что рабочая обмотка каждого элемента имеет свою цепь перемагничивания. Сигналы холостого хода предыдущих элементов не суммируются и, следовательно, число входных эле­ ментов не влияет на процесс перемагничивания по обмотке упра­ вления последующего элемента.

7. Нагрузочная способность элемента ограничена, и поэтому нагрузка каждого элемента определяется исходя из типа элемента

итипа нагрузки (табл. III.5).

8.В серии магнитно-диодных элементов, как и любых ключевых устройств, отсутствует специальный элемент, реализующий функцию «память». Однако эту функцию можно создать с помощью двух практи­ чески любых логических элементов (рис. III.15). Наиболее удоб­ ными, с точки зрения включения и выключения элемента «память»,

являются пары элементов «или» + «запрет», «и» + «запрет» и «или» + + «не». Элементы в памяти независимо от их типа должны питаться

\

из них на выходе элемента «и» (Выход 2) сигнал пропадет и память разблокируется.

9. Магнитно-диодные элементы питаются от промышленной сети напряжение в которой может колебаться в довольно широких пределах, вплоть до кратковременного исчезновения. Поэтому воз­ никает опасность статической неустойчивости этих элементов, т. е. та­ кого состояния, при котором в логической части схем управления возникают ложные сигналы, не соответствующие действительному положению объекта и характеру управляющих команд. При этом принципиально возможны два противоположных случая: 1) появле­ ние ложных сигналов в длинных или кольцевых схемах (самопро-'

96

извольное срабатывание схем памяти); 2) самопроизвольное выклю­ чение схем памяти.

Появление ложных сигналов в длинных цепях, или самопроиз­ вольное срабатывание схем памяти, возможно как в случае повыше­ ния напряжения питания выше определенного уровня, так и при значительном снижении напряжения. В первом случае, при повы­ шении напряжения питания, время перемагничивания сердечников уменьшается и на выходе логических элементов в конце рабочего полупериода появляются ложные сигналы, действующие на вход последующих элементов от момента насыщения сердечника (анас) до окончания рабочего полупериода (рис. III.16). Эти сигналы не влияют на статическую устойчивость схем элементов, выполненных на основе повторителя, так как к моменту, определяемому а'иас, сердечник каждого последующего элемента повторителя оказывается полностью перемагниченный по обмотке управления: его поток достиг уже насыщения и перестал изменяться.

На входные цепи инверторов ложные сигналы, наоборот, ока­ зывают существенное влияние, так как под их действием сердечники инверторов перемагничиваются в течение времени от «нас до конца полупериода (а = 180°) и поток в этих сердечниках изменяется на соответствующую величину АФ. В следующий полулериод сигнал на выходе такого инвертора появится с некоторой задержкой, так как поток в сердечнике должен вначале достигнуть насыщения, т. е. измениться на величину АФ. Только после этого момента под действием рабочего напряжения предыдущего инвертора начнет перемагничиваться последующий. При этом, если за время действия этого напряжения поток в сердечнике второго инвертора не успеет

торов будет происходить накопление сигнала ошибки, что в замкну­ той цепи — памяти, выполненной на инверторах, может привести либо к самопроизвольному срабатыванию, либо к выключению.

Условие, определяющее верхнюю границу допустимого изменения параметров питания (напряжения и частоты), за которой начинается описанный процесс накопления сигнала ошибки, может быть записано:

— коэффициент, учитывающий отклонение параметров питания от номинальных значений;

Рис. III.16. Изменение потоков в сердечниках и выходных сигна­ лов элементов «Логика М» при превышении напряжением пита­ ния верхнего допустимого уровня.

98

А и, А — номинальное и реальное значение амплитуды напряжения питания обмотки; Ти, Т — номинальное и реальное значение периода

сопротивления В пх.

Более существенно, что ложные сигналы, появляющиеся на выходе логических элементов, при увеличении значения К наклады­ вают особые требования на зону нечувствительности выходных усилительных элементов схемы. Или, наоборот, при определенной зоне нечувствительности выходных усилителей необходимо соот­ ветственно ограничить значение К. В этом случае верхняя граница допустимого изменения параметров напряжения питания обычно определяется из условия, что ложный сигнал на выходе логических

Во втором случае, при уменьшении напряжения питания, растет угол отсечки напряжения Uy, создаваемый дросселем трансформа­ тора: аотс < QW (рис. III.17). При определенном уровне напряжения наступает момент, когда изменение потока в сердечнике АФ' под действием тока, протекающего по обмотке управления, становится меньше изменения потока ДФ" от тока рабочей обмотки. В последо­ вательных логических цепях, состоящих из повторителей, это при­ водит к появлению ложного сигнала, а в замкнутых — к самопро­ извольному срабатыванию памятей. Этот уровень напряжения опре­ деляется выражением

где Кф у — коэффициент форсировки управления, указывающий, во сколько раз быстрее происходит перемагничивание сердечника по цепи обмотки управления, чем по цепи рабочей обмотки;

в управляющий полуперпод, имеет относительно сложную, иесинусоидальную форму. Оно определяется разностью между входным напряжением и падением напряжения от тока .намагничивания на резисторе Двх, установленном в цепи обмотки управления инвертора (см. табл. III.2, элемент М103). Для упрощения выражения (II 1.5) это папряженпе заменяется фиктнвпым синусоидальным напряжением, оказывающим такое же действие на поток в сердечнике инвертора.

В случае, если элементы схемы памяти, нагружены на активное сопротивление і?н, условие (III.4), как указывалось выше, наруша­ ется. При этом на перемагничивание сердечника по цепи обмотки управления оказывает влияние цепь рабочей обмотки, по которой

Рис. III.17. Появление ложных сигналов и самопроизвольное сраба­ тывание памятей в цепях элементов «Логика М», выполненных на основе повторителей, при снижении напряжения питания ниже предельно допустимого уровня.

100