9.3.9 Использование цип для измерения переменных напряжений
Часто приходится иметь дело с измерением переменных напряжений и токов. Многофункциональные ЦИП — мультиметры, выполняют, как правило, на основе ЦВ, дополненных преобразователями входной величины в постоянное напряжение. Эти преобразователи используют в виде сменных блоков. Так как получить при построении мультиметров погрешность меньше, чем при измерении постоянного напряжения невозможно, то основной проблемой в этом случае является обеспечение высокой точности преобразователей входных величин.
Преобразователи среднего но модулю переменного напряжения (назовем сокращенно ПС) строятся на базе операционных усилителей из-за простоты схемотехнической реализации, возможности использования интегральных микросхем, высоких метрологических характеристик. Для реализации соотношения
(9.29)
рассмотрим схему, часто используемую на практике (рис.9.17,а). Это однополупериодное выпрямительное устройство с разделенными цепями ООС для положительной и отрицательной полуволн входного напряжения. Постоянная составляющая выходного напряжения Uвыхx, пропорциональная Uср выделяется с помощью фильтра Ф.
Благодаря поочередной работе двух симметричных ветвей с диодами VD1 и VD2 и резисторами R2 и R3, в каждой из этих ветвей происходит однополупериодное выпрямление, но ток через резистор R1 является синусоидальным. Важно, что VD2 оказывается включенным в прямой тракт, а не в цепи ООС, поэтому нелинейность и нестабильность его характеристик почти не влияют на функцию преобразования.
Главным фактором, определяющим погрешность ПС, оказывается нелинейность и нестабильность обратных сопротивлений диодов Rобр-Действительно, с учетом приведенных диаграмм (рис.9.17,б) имеем
(9.30)
Если выбрать
отношение
тоUвх
без учета погрешностей будет равно
действующему значению Ux.
Рисунок 9.17. Схема преобразователя среднего по модулю переменного напряжения (а)и его временные диаграммы(б)
Преобразователи действующего значения напряжения (ПДЗ) должны выполнять достаточно сложный алгоритм преобразования
(9.31)
т.е. возведение в квадрат, усреднение по времени, извлечение корня.
До последних лет схемотехническая реализация таких алгоритмов вызывала трудности и поиски велись по проектированию элементов с квадратичной характеристикой (чаще — термопары).
В последнее время благодаря бурному развитию микроэлектроники были созданы ПДЗ. непосредственно реализующие алгоритм получения действующего значения.
Рисунок 9.18. Схема преобразователя действующего значения напряжения
10 Частотно-регулируемый привод
Современный частотно-регулируемый электропривод состоит из асинхронного или синхронного электрического двигателя и преобразователя частоты (см. рис.10.1.).
Электрический двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию и приводит в движение исполнительный орган технологического механизма.
РО
ПЧ – преобразователь частоты; РО – рабочий орган (насос, станок, генератор); ЧРП – частотно-регулируемый электропривод.
Рисунок 10.1.
Преобразователь частоты (ПЧ) управляет электрическим двигателем и представляет собой электронное статическое устройство. На выходе преобразователя формируется электрическое напряжение с переменными амплитудой и частотой.
Название «частотно регулируемый электропривод» обусловлено тем, что регулирование скорости вращения двигателя осуществляется изменением частоты напряжения питания, подаваемого на двигатель от преобразователя частоты.
На протяжении последних 10 –15 лет в мире наблюдается широкое и успешное внедрение частотно регулируемого электропривода для решения различных технологических задач во многие отрасли промышленности. Это объясняется в первую очередь разработкой и созданием преобразователей частоты на принципиально новой элементной базе, главным образом на биполярных транзисторах с изолированным затвором IGBT.
Ниже кратко описаны известные типы преобразователей частоты, применяемые в частотно регулируемом электроприводе и реализованные в них методы управления.