книги / Электрические аппараты

380 В. Силовой блок СБ имеет по два встречно-включенных тиристора и диода в каждой фазе. Блоки защиты БЗ и датчика тока и напряжения ДТН, служащие для обеспечения автоматического регулирования, пи­ таются от трансформаторов тока ТА1—ТАЗ. Управляющие импульсы для тиристоров вырабатываются блоками синхронизации БС, блоком формирования импульсов БФИ и выходным усилителем БИТ. Управ­ ление блоком БФИ производится с помощью блоков переключателя циклов ПЦ, задающего генератора ЗГ и блока регулирования и син­ хронизации БРС. Продолжительность цикла регулирования устанавли­ вается переключателем циклов ПЦ, который воздействует на задающий генератор ЗГ. Один выход блока ЗГ управляет блоком БРС, который служит для регулирования коэффициента Т0т ф1 (Т0Т1ф-\-Тгак;,) при рабо­ те РМТ и для ограничения пусковых токов при включении активно-ин­ дуктивной нагрузки.

Второй выход блока ЗГ воздействует на блок синхронизации БС и обеспечивает подачу управляющего сигнала в начале положительной полуволны тока, протекающего через тиристор. В блоке защиты БЗ осуществляется защита регулятора в аварийном режиме.

В заключение следует отметить, что в настоящее время выпускает­ ся целый ряд полупроводниковых аппаратов специального назначения — регуляторы напряжения типа РНТТ мощностью 200 кВ-А, тиристорные прерыватели типа ПТО для коммутации секций первичных обмоток сва­ рочных трансформаторов, тиристорные регуляторы типа ВИП для пита­ ния двигателей электроподвижного состава от сети переменного тока

ит. п. Подробные данные об этих аппаратах приведены в [12.7].

12.10.МИКРОПРОЦЕССОРЫ И ЭЛЕКТРОННЫЕ УПРАВЛЯЮЩИЕ МАШИНЫ

Внастоящее время для улучшения технических харак­ теристик, повышения надежности и сокращения времени монтажа аппараты автоматического управления и регули­ рования электрического привода выполняются в виде ком­ плектных станций управления (КСУ) [2.3]. Эти станции проектируются по типовым схемам и собираются на заво- де-изготовителе с применением наиболее высокопроизводи­ тельного оборудования, что ведет к сокращению материа­ лоемкости и трудоемкости, позволяет быстро внедрять но­ вейшие достижения науки и техники. КСУ создаются на базе либо традиционных электромагнитных аппаратов (ав­ томатов, пускателей, контакторов, реле [2.3]), либо дис­ кретных полупроводниковых элементов (§ 12.9), либо сов­ местного использования и тех и других изделий. Для КСУ характерна фиксированная последовательность всех функ-

сокой степенью интеграции. БИС на одном кристалле име­ ют несколько десятков тысяч элементов и способны реали­ зовать сложнейшие функции управления. Применение БИС в комплектных устройствах автоматического управления создает исключительно широкие возможности в гибком из­ менении их программ, уменьшении габаритов, повышении надежности и долговечности. На основе БИС создаются микропроцессоры.

Рассмотрим основные узлы ЭВМ (рис. 12.52). На вход ЭВМ могут подаваться результаты отдельных измерений, электрические сигналы управления, числа для расчетов по известным формулам и др. Эти данные обрабатываются ЭВМ, и на ее выходе появляются результаты статистиче­ ской обработки экспериментальных материалов, сигналы для управления силовыми электрическими аппаратами, ре­ зультаты расчетов и т. п. В простейшем виде ЭВМ состоит из следующих основных узлов: арифметико-логического устройства АЛУ, управляющего устройства УУ, запомина­ ющего устройства ЗУ и периферийных устройств УВВ. АЛУ предназначено для выполнения арифметических операций сложения, вычитания, умножения и деления чисел, а также для осуществления логических операций И, ИЛИ, НЕ, И ЛИ —НЕ, И—НЕ и др.

Управляющее устройство осуществляет управление ра­ ботой всех остальных узлов, а также потоками информа­ ции внутри ЭВМ. Действия УУ определяются командами.

Совокупность команд, которые должны быть выполнены для решения поставленной задачи, называется программой.

Запоминающее устройство ЗУ, или память машины, служит дтя хранения программ и обрабатываемой инфор­

страх, содержащих эти триггеры. Триггер хранит одну дво­ ичную цифру— I или 0. Чтобы ввести число в ячейку или извлечь ее содержимое, необходимо указать адрес этой ячейки.

Память делится на оперативную (ОЗУ) и постоянную (ПЗУ). С помощью ОЗУ в АЛУ и УУ вводятся внешние данные. В ПЗУ хранится программа операций.

Периферийные устройства представляют собой устрой­ ства ввода и вывода информации УВВ. В них осуществля­ ется считывание данных с перфокарты, магнитной ленты и других носителей и превращение этих данных в форму, требуемую для машины. В УВВ осуществляется также фик­ сация результатов работы ЭВМ в виде чисел текста на те­ летайпе или в виде информации на экране электронно-луче­ вой трубки (дисплее).

Совокупность АЛУ и УУ является единым комплексом, который позволяет производить автоматическую обработку информации в соответствии с заданной программой. Эта совокупность называется центральным процессором маши­ ны или просто процессором.

Микропроцессор — это процессор, выполненный в виде одной или нескольких БИС. Приставка «микро» обозначает высокую степень интеграции устройства, его малые габа­ риты и массу. На вход микропроцессора через УВВ и ЗУ подаются управляющие сигналы и сигналы обратной свя­ зи в двоичном коде. По программе, заложенной в ЗУ, информация обрабатывается в АЛУ и на выходе появ­

в микроЭВМ, системах автоматического управления, изме­ рительных приборах, диагностических устройствах и др.

Специализированный микропроцессор предназначен для решения конкретной задачи и оптимизирован по опреде­ ленному параметру. Он решает эту задачу во много раз бы­ стрее, чем универсальный.

Микропроцессорный комплект — это совокупность мик­ ропроцессорных и других интегральных схем, которые сов­ местимы и могут быть объединены по своим конструктивно­ технологическим данным. Обычно в комплект входят БИС микропроцессора, запоминающее устройство, устройство ввода-вывода информации и др.

Микроконтроллер, или просто контроллер, — это микро­ процессорный комплект, конструктивно оформленный в ви­ де платы. По своему назначению он аналогичен контактно­ му командоконтроллеру (см. рис. 7.6), в котором в зависи­ мости от регулировки кулачков происходит коммутация выходных контактов при определенном положении вала. Программа контроллера может меняться путем перестанов­ ки кулачков.

Различают микроконтроллеры с жесткой и изменяемой программой. Микроконтроллер с изменяемой программой обрабатывает входные сигналы по программе, заложенной в ПЗУ, и выдает выходной сигнал. При изменении програм­ мы в ПЗУ происходит изменение выполняемой задачи.

Микропроцессорная система заключает в себе БИС мик­ ропроцессорного комплекта, использующую микропроцес­ сор как обрабатывающий узел системы управления приво­ дом, измерения и других целей. Если в системе использует­ ся несколько микропроцессоров, то система называется мультнмикропроцессорной.

МикроЭВМ является конструктивно законченным уст­ ройством, содержащим микропроцессор, источник питания, запоминающее устройство, узлы ввода-вывода информа­ ции и пульт управления.

Рассмотрим структурную схему простейшего устройства управления электроприводом с помощью микропроцессора (рис. 12.53). Двигатель М питается от тиристорного преоб­ разователя ТП, который управляется от микропроцессора МЛ. Звено БС — блок согласования (интерфейс) МП иТП .

Изменение скорости двигателя во время пуска контроли­ руется с помощью датчика тока ДТ и датчика частоты вра­ щения ДЧВ. В качестве ДТ используется дроссельный маг­ нитный усилитель (§ 6.1), в качестве ДЧВ — тахогенератор.

Аналоговые выходные сигналы ДТ и ДЧВ с помощью ана­ лого-цифровых преобразователей АЦП превращаются в циф­ ровые данные, которые подаются в МП.

Внешние органы управления (кнопки, датчики) воздей­ ствуют через УВВ и ЗУ на МП, который обеспечивает раз­ гон двигателя по требуемому закону. В случае необходи­ мости закон пуска двигателя может быть изменен путем замены программы в ПЗУ микропроцессора.

Всесоюзным научно-исследовательским институтом релестроения (ВНИИР) разработано универсальное устрой­ ство управления с программируемой логикой (УЛП) [12.9].

Рис. 12.53. Функциональная схема управления двигателем постоянного тока с помощью микропроцессора

Это устройство предназначено для замены существующего релейного оборудования систем управления с разветвлен­ ной логикой. УЛП состоит из следующих функциональных узлов: блока входов, блока управления, блока выходов, блока питания, пульта записи, пульта контроля.

Блок входов предназначен для сопряжения входных сиг­ налов с уровнем логических сигналов блока управления, гальванической развязки между ними и выбора опрашивае­ мого входа.

Блок управления служит для логической обработки входных и получения выходных сигналов, опроса входных каналов и посылки информации в выходные каналы по про­ грамме, записанной в постоянной памяти.

Блок выходов служит для усиления мощности выходных логических сигналов до уровня, необходимого для срабаты­ вания исполнительных устройств, гальванической развязки между логическими и силовыми сигналами, выбора адресу­ емого выхода и хранения состояния выходов в периоды ме­ жду обращениями к ним.

Блок питания преобразует трехфазное переменное на­ пряжение сети в постоянное напряжение, необходимое для питания всех блоков.

Принцип действия УЛП заключается в следующем. Блок управления производит опрос блока входов и обрабатывает полученные данные в соответствии с программой, зало­ женной в его запоминающем устройстве. Полученные дан­ ные посылаются в выходное устройство, которое воздейст­ вует на исполнительные аппараты. По существу УЛП яв­ ляется электронной управляющей машиной. Изменение про­ граммы УЛП производится путем замены кассеты в блоке управления. Конструктивно блоки управления, входа, выхо­ да выполнены в виде унифицированных легкосъемных кас­ сет. Наибольшее число входов и выходов УЛП составляет 1024. Блок выходов имеет герконовые или оптоэлектрон­ ные развязки. Длина команды 1 и 2 байт (8 или 16 разря­ дов в слове). Длина информационного слова 4 бита. Ко­ личество команд 42. Объем постоянной памяти 8192 байта. Время опроса 1 К памяти 5 мс. Объем оперативной памяти

4Кбит.

В[12.9] приведены конкретные примеры перехода с ре­ лейно-контактной схемы управления на УЛП. УЛП позво­ ляет решать уравнения логики и может применяться для контроля технологических процессов.

Применение микропроцессоров и управляющих вычис­ лительных машин в схемах автоматического управления яв­ ляется прогрессивным по всем показателям, и следует ожи­

дать самого широкого применения их в электрических ап­ паратах.

Глава тр и н ад ц атая

ДАТЧИКИ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

13.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Датчики представляют собой электрические аппараты, предназначенные для преобразования непрерывного изме­ нения входной (контролируемой) неэлектрической величи­ ны в изменение выходной электрической величины. Входные величины могут отражать самые разнообразные физические явления — линейное или угловое перемещение, скорость, ускорение, температуру твердых, жидких и газообразных

тел, усилие, давление и т. д. В качестве выходных величин чаще всего используются активное, индуктивное, емкостное

где AY, АХ — приращения выходной и входной величин. Часто пользуются понятием относительной чувствитель­

ности

где Y X — полные изменения выходной и входной величин. Датчики могут быть линейными (S = co n st) и нелиней­ ными (S — var). У последних чувствительность зависит от входной величины. Важным параметром датчика является порог чувствительности, представляющий собой наименьшее значение входной величины, вызывающее изменение вы­

ходной величины, которое может быть измерено. Номинальной характеристикой датчика называется за ­

висимость выходной величины от входной. Эта характери­ стика дается в паспорте датчика и используется как расчет­ ная при измерениях. Экспериментально снятая зависимость вход-выход отличается от номинальной на погрешность.

Различают абсолютную и относительную погрешности датчика по входу.

Абсолютная погрешность

д х = х вх.ном ■Xд’ относительная погрешность

Vo = ДХ/Хд,

где Хвх.ном — значение входной величины датчика, опреде­ ляемое по выходной величине и номинальной характеристи­ ке; Хд — действительное значение входной величины.

Введем номинальный коэффициент преобразования /Сном — Хвх,ном/XБЫХ) ТОГДЗ -ХВых— -^Свх,ном//Сном*

Аналогично могут быть рассмотрены погрешности дат­ чика по выходу.

На погрешность оказывают влияние внешние условия эксплуатации: температура, магнитные и электрические по­ ля, влажность окружающей среды, напряжение и частота

ной. Тогда каркас имеет переменное сечение или резисторы Г\—Гб неодинаковы по сопротивлению (рис. 13.2, в и г).

Возможные схемы включения датчиков приведены на рис. 13.3. Наиболее простой является реостатная схема рис. 13.3, а. Широко применяется потенциометрическая схема рис. 13.3, б. Если входное сопротивление измерительной схе­ мы велико, то выходное напряжение UBUX зависит от а или х и не зависит от R0:

Рис. 13.3. Схемы включения резистивных дат­ чиков

Для повышения чувствительности желательно увеличи­ вать напряжение питания U0. Однако при этом растет мощ­ ность, рассеиваемая датчиком. Максимальная чувствитель­ ность

,(сс= 0) выходное напряжение меняет полярность. В схеме

вверх. При этом чувствительность возрастает в 2 раза. Чув­