Diagrama de circuito del regulador electrónico de gases de escape en el amplificador operacional. Amplificador operacional: circuitos de conmutación, principio de funcionamiento.
El artículo analizará un amplificador operacional estándar y también proporcionará ejemplos de varios modos de funcionamiento de este dispositivo. Hoy en día, ningún dispositivo de control puede prescindir de amplificadores. Estos son dispositivos verdaderamente universales que le permiten realizar diversas funciones con una señal. Aprenderá más sobre cómo funciona este dispositivo y qué le permite hacer exactamente.
amplificadores inversores
El circuito amplificador inversor del amplificador operacional es bastante simple, puedes verlo en la imagen. Se basa en un amplificador operacional (sus circuitos de conexión se analizan en este artículo). Además, aquí:
- Hay una caída de voltaje en la resistencia R1; su valor es el mismo que el de entrada.
- También hay R2 en la resistencia; es el mismo que el de salida.
En este caso, la relación entre el voltaje de salida y la resistencia R2 es igual en valor a la relación entre el voltaje de entrada y R1, pero de signo opuesto. Conociendo los valores de resistencia y voltaje, se puede calcular la ganancia. Para hacer esto, necesita dividir el voltaje de salida por el voltaje de entrada. En este caso, el amplificador operacional (sus circuitos de conexión pueden ser cualquiera) puede tener la misma ganancia independientemente del tipo.
Operación de retroalimentación
Ahora debemos analizar más de cerca un punto clave: cómo funciona la retroalimentación. Digamos que hay algo de voltaje en la entrada. Para simplificar los cálculos, tomemos su valor igual a 1 V. Supongamos también que R1=10 kOhm, R2=100 kOhm.
Ahora supongamos que ha surgido alguna situación imprevista, por lo que el voltaje en la salida de la cascada se establece en 0 V. A continuación, se observa una imagen interesante: dos resistencias comienzan a funcionar en pares, juntas crean un divisor de voltaje. En la salida de la etapa inversora, se mantiene a un nivel de 0,91 V. En este caso, el amplificador operacional permite registrar la discrepancia entre las entradas y el voltaje disminuye en la salida. Por tanto, es muy sencillo diseñar un circuito amplificador operacional que implemente la función de un amplificador de señal de un sensor, por ejemplo.
Y este cambio continuará hasta que la salida alcance un valor estable de 10 V. Es en este momento cuando los potenciales en las entradas del amplificador operacional serán iguales. Y serán iguales al potencial de la Tierra. Por otro lado, si el voltaje en la salida del dispositivo continúa disminuyendo y es inferior a -10 V, el potencial en la entrada será menor que el de tierra. La consecuencia de esto es que el voltaje en la salida comienza a aumentar.
Este circuito tiene un gran inconveniente: la impedancia de entrada es muy pequeña, especialmente para amplificadores con una ganancia de alto voltaje, si el circuito de retroalimentación está cerrado. Y el diseño que se analiza a continuación carece de todas estas deficiencias.
Amplificador no inversor
La figura muestra el circuito de un amplificador operacional no inversor. Tras analizarlo, podemos sacar varias conclusiones:
- El valor de voltaje UA es igual al voltaje de entrada.
- Del divisor se elimina el voltaje UA, que es igual a la relación entre el producto del voltaje de salida y R1 y la suma de las resistencias R1 y R2.
- En el caso de que UA tenga el mismo valor que el voltaje de entrada, la ganancia es igual a la relación entre el voltaje de salida y la entrada (o puede agregar uno a la relación de las resistencias R2 y R1).
Este diseño se llama amplificador no inversor; tiene una impedancia de entrada casi infinita. Por ejemplo, para los amplificadores operacionales de la serie 411, su valor es 1012 Ohmios, el mínimo. Y para amplificadores operacionales basados en transistores semiconductores bipolares, por regla general, más de 108 ohmios. Pero la impedancia de salida de la cascada, como en el circuito discutido anteriormente, es muy pequeña: fracciones de ohmio. Y esto debe tenerse en cuenta al calcular circuitos utilizando amplificadores operacionales.
Circuito amplificador de CA
Ambos circuitos discutidos anteriormente en el artículo funcionan. Pero si la conexión entre la fuente de señal de entrada y el amplificador es de corriente alterna, entonces deberá proporcionar conexión a tierra para la corriente en la entrada del dispositivo. Además, debe prestar atención al hecho de que el valor actual es de magnitud extremadamente pequeña.
En el caso de que se amplifiquen las señales de CA, es necesario reducir la ganancia de la señal de CC a la unidad. Esto es especialmente cierto en los casos en los que la ganancia de voltaje es muy grande. Gracias a esto, es posible reducir significativamente la influencia del voltaje de corte que se conduce a la entrada del dispositivo.
Segundo ejemplo de circuito para trabajar con tensión alterna.
En este circuito, a un nivel de -3 dB se puede ver la correspondencia con una frecuencia de 17 Hz. En él, la impedancia del condensador resulta estar en el nivel de dos kiloohmios. Por tanto, el condensador debe ser lo suficientemente grande.
Para construir un amplificador de CA, es necesario utilizar un circuito de amplificador operacional de tipo no inversor. Y debe tener una ganancia de voltaje bastante grande. Pero el condensador puede ser demasiado grande, por lo que es mejor no utilizarlo. Es cierto que tendrá que elegir el esfuerzo cortante correcto, equiparando su valor a cero. O puede usar un divisor en forma de T y aumentar los valores de resistencia de ambas resistencias en el circuito.
¿Qué esquema es preferible utilizar?
La mayoría de los diseñadores prefieren amplificadores no inversores porque tienen una impedancia de entrada muy alta. Y descuidan los circuitos de tipo inversor. Pero este último tiene una gran ventaja: no exige mucho al amplificador operacional, que es su "corazón".
Además, sus características son, de hecho, mucho mejores. Y con la ayuda de una conexión a tierra imaginaria, puede combinar fácilmente todas las señales y no tendrán ninguna influencia entre sí. En los diseños también se puede utilizar un circuito amplificador de CC basado en un amplificador operacional. Todo depende de las necesidades.
Y lo último es el caso si todo el circuito discutido aquí está conectado a la salida estable de otro amplificador operacional. En este caso, el valor de la impedancia de entrada no juega un papel importante: al menos 1 kOhm, al menos 10, al menos infinito. En este caso, la primera cascada siempre cumple su función con respecto a la siguiente.
Circuito repetidor
Un repetidor basado en un amplificador operacional funciona de manera similar a un emisor construido sobre un transistor bipolar. Y realiza funciones similares. Esencialmente, este es un amplificador no inversor en el que la resistencia de la primera resistencia es infinitamente grande y la resistencia de la segunda es cero. En este caso, la ganancia es igual a la unidad.
Existen tipos especiales de amplificadores operacionales que se utilizan en tecnología solo para circuitos repetidores. Tienen características mucho mejores, por regla general, alto rendimiento. Los ejemplos incluyen amplificadores operacionales como OPA633, LM310, TL068. Este último tiene un cuerpo a modo de transistor, además de tres terminales. Muy a menudo, estos amplificadores se denominan simplemente buffers. El hecho es que tienen las propiedades de un aislante (impedancia de entrada muy alta y salida extremadamente baja). Se utiliza aproximadamente el mismo principio para construir un circuito amplificador de corriente basado en un amplificador operacional.
Modo activo
Básicamente, se trata de un modo de funcionamiento en el que las salidas y entradas del amplificador operacional no están sobrecargadas. Si se aplica una señal muy grande a la entrada del circuito, en la salida simplemente comenzará a cortarse de acuerdo con el nivel de voltaje del colector o emisor. Pero cuando el voltaje de salida se fija en el nivel de corte, el voltaje en las entradas del amplificador operacional no cambia. En este caso, el rango no puede ser mayor que el voltaje de suministro.
La mayoría de los circuitos de amplificador operacional están diseñados para que esta oscilación sea 2 V menor que el voltaje de suministro, pero todo depende del circuito amplificador de amplificador operacional específico utilizado. Existe la misma limitación de estabilidad basada en un amplificador operacional.
Digamos que hay una determinada caída de voltaje en una fuente con carga flotante. Si la corriente se mueve en la dirección normal, es posible que se encuentre con una carga que a primera vista parece extraña. Por ejemplo, varias baterías con polarización inversa. Este diseño se puede utilizar para obtener una corriente de carga directa.
Algunas precauciones
Un amplificador de voltaje simple basado en un amplificador operacional (se puede elegir cualquier circuito) se puede hacer literalmente "en la rodilla". Pero deberás tener en cuenta algunas características. Es imperativo asegurarse de que Comentario negativo en el diagrama. Esto también sugiere que es inaceptable confundir las entradas inversoras y no inversoras del amplificador. Además, debe existir un circuito de retroalimentación para corriente continua. De lo contrario, el amplificador operacional se saturará rápidamente.
La mayoría de los amplificadores operacionales tienen un voltaje diferencial de entrada muy pequeño. En este caso, la diferencia máxima entre las entradas inversoras y no inversoras se puede limitar a 5 V para cualquier conexión de la fuente de alimentación. Si se descuida esta condición, aparecerán valores de corriente bastante grandes en la entrada, lo que provocará un deterioro de todas las características del circuito.
Lo peor de esto es la destrucción física del propio amplificador operacional. Como resultado, el circuito amplificador operacional deja de funcionar por completo.
Debería ser considerado
Y, por supuesto, debemos hablar sobre las reglas que se deben seguir para garantizar un funcionamiento estable y duradero del amplificador operacional.
Lo más importante es que el amplificador operacional tiene una ganancia de voltaje muy alta. Y si el voltaje entre las entradas cambia en una fracción de milivoltio, su valor en la salida puede cambiar significativamente. Por lo tanto, es importante saber: la salida de un amplificador operacional intenta garantizar que la diferencia de voltaje entre las entradas sea cercana (idealmente igual) a cero.
La segunda regla es que el consumo de corriente del amplificador operacional es extremadamente pequeño, literalmente nanoamperios. Si se instalan transistores de efecto de campo en las entradas, se calcula en picoamperios. De esto podemos concluir que las entradas no consumen corriente, independientemente del amplificador operacional que se utilice, el principio de funcionamiento del circuito sigue siendo el mismo.
Pero no deberías pensar que el amplificador operacional realmente cambia constantemente el voltaje en las entradas. Físicamente, esto es casi imposible de lograr, ya que no habría correspondencia con la segunda regla. Gracias al amplificador operacional se evalúa el estado de todas las entradas. Utilizando un circuito de retroalimentación externo, el voltaje se transfiere a la entrada desde la salida. El resultado es que la diferencia de voltaje entre las entradas del amplificador operacional es cero.
Concepto de retroalimentación
Este es un concepto común y ya se utiliza en un sentido amplio en todas las áreas de la tecnología. Cualquier sistema de control tiene retroalimentación que compara la señal de salida y el valor establecido (referencia). Dependiendo de cuál sea el valor actual, se produce un ajuste en la dirección deseada. Además, el sistema de control puede ser cualquier cosa, incluso un coche que circula por la carretera.
El conductor pisa los frenos y la respuesta aquí es el comienzo de la desaceleración. Al establecer una analogía con un ejemplo tan simple, se puede comprender mejor la retroalimentación en los circuitos electrónicos. Y la retroalimentación negativa es si al pisar el pedal del freno el coche acelera.
En electrónica, la retroalimentación es el proceso durante el cual se transfiere una señal de la salida a la entrada. En este caso también se suprime la señal en la entrada. Por un lado, esta no es una idea muy razonable, porque desde fuera puede parecer que la ganancia se reducirá significativamente. Por cierto, los fundadores del desarrollo de la retroalimentación en electrónica recibieron esa retroalimentación. Pero vale la pena comprender con más detalle su influencia en los amplificadores operacionales: consideremos los circuitos prácticos. Y quedará claro que en realidad reduce ligeramente la ganancia, pero le permite mejorar ligeramente otros parámetros:
- Suaviza las características de frecuencia (las lleva al nivel requerido).
- Le permite predecir el comportamiento del amplificador.
- Capaz de eliminar la no linealidad y la distorsión de la señal.
Cuanto más profunda sea la retroalimentación (estamos hablando de negativa), menos influencia tendrán las características de bucle abierto en el amplificador. El resultado es que todos sus parámetros dependen únicamente de las propiedades que tenga el circuito.
Vale la pena prestar atención al hecho de que todos los amplificadores operacionales funcionan en un modo con retroalimentación muy profunda. Y la ganancia de voltaje (con su bucle abierto) puede llegar incluso a varios millones. Por lo tanto, el circuito amplificador operacional es extremadamente exigente en términos de cumplimiento de todos los parámetros relacionados con la fuente de alimentación y el nivel de la señal de entrada.
El controlador calcula el error (la diferencia entre la señal de referencia y la señal de retroalimentación) y lo convierte en una acción de control de acuerdo con una determinada operación matemática.
El ACS utiliza principalmente los siguientes tipos de controladores: proporcional (P), integral (I) y proporcional-integral (PI). Dependiendo del tipo de señales convertidas, se distinguen reguladores analógicos y digitales.
Reguladores analógicos(AR) se implementan en base a amplificadores operacionales, digital- basado en dispositivos informáticos especializados o microprocesadores. Los controladores analógicos solo convierten señales analógicas que son funciones continuas del tiempo. Al pasar por el AP, se convierte cada valor instantáneo de una señal continua.
Para implementar AR, se conecta un amplificador operacional (op-amp) de acuerdo con un circuito amplificador sumador con retroalimentación negativa. El tipo de regulador y su función de transferencia están determinados por el circuito para conectar resistencias y condensadores en los circuitos de entrada y en la retroalimentación del amplificador operacional.
Se implementa un controlador proporcional (regulador P) conectando una resistencia de amplificador operacional con resistencia R os al circuito de retroalimentación. Este controlador se caracteriza por un coeficiente de proporcionalidad. A , que puede ser mayor o menor que uno.
Se implementa un regulador integral (regulador I) cuando se conecta un condensador de amplificador operacional C al circuito de retroalimentación. Este tipo de controlador se caracteriza por una constante de tiempo. t.
Un controlador integral proporcional (controlador PI) se implementa conectando una resistencia con resistencia Roc y un capacitor Coc al circuito de retroalimentación del amplificador operacional. Dicho regulador se caracteriza por los siguientes parámetros: coeficiente de proporcionalidad A y constante de tiempo t.
Para todo tipo de reguladores, el circuito de implementación tiene una resistencia de entrada R 1.
Los esquemas para implementar reguladores, la dependencia del voltaje en la salida del regulador U out de la entrada U in y su representación gráfica, así como las fórmulas para encontrar los parámetros de los reguladores se dan en la Tabla 1.
Tabla 1 - Reguladores
Explique para qué están destinados los sensores de corriente y qué requisitos se les aplican. Proporcionar diagramas funcionales de un variador eléctrico de CC con un sensor de corriente de transformador y un sensor de corriente basado en derivación.
Los sensores de corriente (CT) están diseñados para obtener información sobre la intensidad y dirección de la corriente del motor. Están sujetos a los siguientes requisitos:
Linealidad de las características de control en el rango de 0,1I nom a 5I nom no menos de 0,9;
Disponibilidad de aislamiento galvánico del circuito de potencia y sistema de control;
Alto rendimiento.
El sensor de coordenadas AEP se puede representar estructuralmente como una conexión en serie de un transductor de medición (MT) y un dispositivo de adaptación (CU) (Figura 1). El transductor de medida convierte la coordenada X en señal de voltaje eléctrico Y(o actual i), proporcional X. El dispositivo correspondiente convierte la señal de salida. Y IP en la señal de retroalimentación u os, que en tamaño y forma satisface el ACS.
Figura 1 – Diagrama de bloques del sensor de coordenadas AEP
Como transductores de medida en DT se utilizan transformadores de corriente, devanados adicionales (de compensación) de bobinas de suavizado, elementos Hall y derivaciones.
Los sensores de corriente basados en derivaciones se utilizan ampliamente para medir la corriente del motor. Derivación es una resistencia de cuatro terminales con resistencia puramente activa r w(derivación no inductiva), el circuito de alimentación está conectado a los terminales de corriente y el circuito de medición está conectado a los terminales de potencial. (Figura 2)
Para reducir el efecto de la derivación sobre el paso de corriente en el circuito del motor, su resistencia debe ser mínima. La caída de tensión nominal a través de la derivación suele ser de 75 mV, por lo que debe amplificarse mediante un amplificador. Dado que la derivación tiene una conexión potencial al circuito de alimentación, el sensor de corriente debe contener un dispositivo de aislamiento galvánico (GID). Como tales dispositivos se utilizan transformadores y dispositivos optoelectrónicos.
Figura 2 – Diagrama de circuito para conectar un sensor de corriente basado en una derivación
Los DT basados en transformadores de corriente se utilizan principalmente en DEA de CC para medir la corriente de motores cuando están alimentados por rectificadores monofásicos y trifásicos de puente simétrico. Para un rectificador monofásico (Figura 3) se utiliza un transformador de corriente (TA1), y para un rectificador trifásico se utilizan tres transformadores conectados a una estrella. Para garantizar que el modo de funcionamiento de los transformadores de corriente sea cercano al modo de cortocircuito, sus devanados secundarios están cargados con resistencias R CT de baja resistencia (0,2...1,0 ohmios). La conversión de tensión alterna de los devanados secundarios se realiza mediante el rectificador VD1...VD4.
Figura 2 – Diagrama de circuito para conectar un sensor de corriente basado en un transformador de corriente
13. Proporcione un diagrama funcional del sensor EMF de armadura, explique el principio de su funcionamiento..
Con requisitos bajos para el rango de control de velocidad (hasta 50), la retroalimentación EMF se utiliza como retroalimentación principal en el accionamiento eléctrico. El principio de funcionamiento del sensor EMF del inducido se basa en el cálculo de la FEM del motor.
El diagrama funcional del sensor EMF se muestra en la Figura 1.
Figura 1 – Diagrama funcional del sensor EMF de armadura
Para medir el voltaje del inducido, se utiliza un divisor en las resistencias R2, R3. Para medir la corriente del inducido del motor se utiliza un devanado adicional L1.2 de la bobina de alisamiento. Voltaje y yo a través de un divisor, filtro RC y repetidor A1 se alimenta al sumador A2. También se suministra una señal proporcional a la caída de voltaje a través del devanado del inducido a la entrada del sumador A2. R i. ts ∙i yo.
Expresión de voltaje de salida tu de El amplificador A2 para funcionamiento en estado estacionario tiene la forma
Dónde A de – coeficiente de transmisión del sensor EMF,
mi I es la fem de la armadura.
Para obtener una señal proporcional al voltaje en la armadura del motor, también se puede conectar un divisor de voltaje resistivo de acuerdo con el siguiente circuito
Figura 2 – Diagrama de conexión del sensor de voltaje
El voltaje de salida del divisor es
Además del divisor, el sensor de voltaje también puede contener dispositivos de aislamiento galvánico y
amplificador.
14. Dibuje un diagrama de un sistema de control de fase de pulso de un solo canal vertical, explique el principio de su funcionamiento mediante diagramas de tiempo.
Para controlar los tiristores del rectificador se utiliza un sistema de control de fase de pulso (PPCS), que realiza las siguientes funciones:
Determinar los momentos en los que deben abrirse determinados tiristores específicos; estos momentos de tiempo son fijados por una señal de control que proviene de la salida del ACS a la entrada del SIFU;
Formación de pulsos de apertura transmitidos en los tiempos requeridos a los electrodos de control de los tiristores y que tengan la amplitud, potencia y duración requeridas.
Consideremos el funcionamiento de un SIFU vertical de un solo canal que controla los tiristores de un puente rectificador monofásico (Figura 1).
Figura 1 – Diagrama de un puente rectificador monofásico
El generador de voltaje alterno GPN arranca cuando se recibe voltaje C del sincronizador (Figura 2). Esto sucede en el momento en que se aplica tensión continua a los tiristores, es decir. en puntos de conmutación naturales.
Figura 2 – Esquema de un SIFU vertical de un solo canal
Desde la salida del GPG, el voltaje en diente de sierra se suministra al dispositivo de comparación US, donde se compara con el voltaje de control U y (Figura 3). En el momento de igualdad de los voltajes de diente de sierra y control, la unidad de control genera un pulso, que se envía a través del distribuidor de pulsos RI al formador de pulsos FI1 o FI2 y luego a través del formador de salida VF1 o VF2 a los tiristores rectificadores. Los controladores de salida amplifican los pulsos de apertura en la potencia y potencialmente separan el SIFU de la sección de potencia. Como comparador se utiliza un comparador basado en un amplificador operacional.
Figura 3 – Diagramas de funcionamiento SIFU
15. Dar un diagrama funcional de un accionamiento eléctrico con rectificador reversible cero trifásico con control conjunto y explicar el principio de su funcionamiento.
Cuando se controlan conjuntos de tiristores juntos, se aplican pulsos de apertura simultáneamente a ambos conjuntos VS1, VS2, VS3 y VS4, VS5, VS6 (Figura 1). Al mismo tiempo, dependiendo del sentido de rotación del motor, un conjunto funciona en modo rectificador y el otro en modo inversor. La corriente del inducido fluye a través del conjunto funcionando en modo rectificador.
Figura 1 – Control conjunto de conjuntos de válvulas cero trifásicas
rectificador inverso
El sistema de control del tiristor rectificador contiene dos SIFU (SIFU1, SIFU2) y un inversor analógico A1.
Si VS1, VS2, VS3 funcionan en modo rectificador y VS4, VS5, VS6 en modo inversor, entonces el motor gira hacia adelante. Si es al revés, el motor gira al revés.
Dado que se aplican impulsos de apertura a ambos conjuntos, se forma en el circuito un circuito cerrado de dos fases del devanado secundario del transformador TV1 a través de dos válvulas abiertas, por ejemplo VS1 y VS6.
En este circuito, actúa la suma de la FEM de las dos fases del devanado secundario, que se denomina Ecualización de FEM:
Dónde mi 1 , mi 2 - EMF rectificado de los conjuntos VS1...VS3 y VS4...VS6, respectivamente.
Ecualización de FEM mi ur crea el nivel actual de ecualización 1. En relación con la corriente de compensación, el transformador TV1 está en modo cortocircuito, porque la resistencia activa e inductiva del transformador es pequeña. Por lo tanto, para limitar la corriente de ecualización, se incluyen reactores de ecualización L1 y L2 en su circuito de flujo.
Además de la inclusión de reactores de ecualización, la limitación de la corriente de ecualización se logra mediante el control coordinado de los conjuntos, en los que el componente constante de la FEM de ecualización EUR es igual a cero, es decir
E ur = E 1 + E 2 = E 0 (cosα 1 +cosα 2) = 0, (1)
Dónde mi 1, mi 2- componentes constantes de EMF mi 1 y e 2 respectivamente; mi 0- componente constante de la fem rectificada en α = 0; α 1, α 2 - ángulos de apertura de los conjuntos VS1...VS3 y VS4...VS6.
La condición (1) se cumplirá cuando a 1 + a 2 =p. Esta condición es una condición para el control coordinado de conjuntos de tiristores.
La gestión colaborativa tiene las siguientes ventajas:
· Las corrientes de compensación aseguran el estado de conducción de ambos conjuntos, independientemente de la magnitud de la corriente de carga del motor y, en consecuencia, de la linealidad de las características (no existe modo de corriente intermitente).
· Alto rendimiento debido a la disponibilidad constante para la inversión de corriente, que no está asociada con ninguna conmutación en el circuito.
Sin embargo, con el control conjunto es necesario instalar reactores de compensación, lo que aumenta el peso, el coste y las dimensiones del accionamiento eléctrico. El flujo de corrientes de compensación aumenta la carga en los elementos del circuito de potencia y reduce la eficiencia del rectificador.
16. Dibuje un diagrama de bloques de un accionamiento eléctrico con rectificador reversible con control independiente y explique el principio de su funcionamiento.
En un rectificador reversible con control independiente, cuando un conjunto de tiristores está funcionando en modo rectificador o inversor, el otro conjunto queda completamente desactivado (se eliminan los impulsos de apertura). Como resultado, no existe un circuito de corriente de compensación, lo que elimina la necesidad de reactores de compensación.
El diagrama de bloques de un accionamiento eléctrico con un rectificador reversible con control separado (RSRU) se muestra en la Figura 1. El funcionamiento del RSRU está garantizado por elementos adicionales del sistema de control de tiristores: sensor de conductividad de válvula (VCS), dispositivo de conmutación lógico ( LSD), interruptor característico (CH).
Figura 1 – Diagrama de bloques de un accionamiento eléctrico con rectificador reversible
con control separado
El DPV está diseñado para determinar el estado (abierto o cerrado) de los tiristores del rectificador y generar una señal sobre su bloqueo, lo que equivale a la ausencia de corriente en los conjuntos.
El centro de salud realiza las siguientes funciones:
Selecciona el conjunto de válvulas requerido “Adelante” o “Retroceso” (KV “V” o KV “N”) dependiendo de la dirección requerida de la corriente del motor, especificada por la señal U 3
Prohíbe la aparición de impulsos de apertura simultáneamente en ambos juegos de tiristores mediante las teclas “Adelante” (“B”) y “Retroceso” (“H”);
Prohibe el suministro de impulsos de apertura al grupo que está entrando en funcionamiento mientras fluya corriente en el grupo previamente en funcionamiento;
Forma una pausa temporal entre el momento del cierre de todos los tiristores del conjunto previamente en funcionamiento y el momento de suministrar impulsos de apertura al conjunto que comienza a funcionar.
El interruptor característico sirve para adaptar la característica de ajuste unipolar del SIFU α = ƒ(u y) a la señal de inversión U y.
La inversión del motor comienza con un cambio en el signo del comando de velocidad, lo que provoca un cambio en el signo del comando actual Uc. Esto conduce a una disminución en el voltaje de control U y, un aumento en el ángulo de apertura α 1 de los tiristores del conjunto de válvulas "Adelante", por lo tanto, una disminución en el EMF E 1 y, en última instancia, una disminución en la corriente del inducido. a cero. El cierre de las válvulas lo registra el DPV. Al recibir una señal del DPV, la LPU prohíbe el suministro de pulsos a los tiristores de ambos conjuntos (“B” se abre) y simultáneamente comienza a contar el tiempo de pausa. Después de su finalización, la LPU genera permiso para suministrar pulsos de apertura a los tiristores del conjunto de válvulas "Back" (la "H" está cerrada) y cambiar el PH. La conmutación del PC provoca un cambio en la polaridad de la tensión de control U en la entrada del SIFU. A partir de este momento comienza a suministrarse al HF “N” un impulso de apertura con ángulo α 2, asegurando el funcionamiento del conjunto en modo inversor. Como la fem rotacional es mayor que E 2, la corriente del inducido fluye en dirección opuesta. El motor cambia al modo generador y realiza un frenado regenerativo.
El control separado tiene las siguientes ventajas:
No existen reactores de ecualización, lo que reduce significativamente las dimensiones, el peso y el coste del rectificador reversible;
No existe corriente de compensación, lo que reduce las pérdidas de potencia en el rectificador y aumenta su eficiencia.
Las desventajas de la ecuación dividida son:
La presencia de un modo de corriente intermitente, que requiere la linealización de las características de control del rectificador;
Un sistema de gestión más complejo debido a la presencia de centros de atención de salud, centros de atención a largo plazo y hospitales psiquiátricos;
La presencia de una pausa muerta al cambiar de serie.
Dar y describir estructuras cerradas de dispositivos electrónicos construidos según el principio de compensación de perturbaciones externas y el principio de desviación. Dibuje un diagrama de bloques de un sistema de control esclavo de dos circuitos para un accionamiento eléctrico de CC y describa sus bloques.
Los DE estructurales cerrados se construyen de acuerdo con el principio de compensación de perturbaciones externas y el principio de desviación, también llamado principio de retroalimentación.
Consideremos el principio de compensación usando el ejemplo de compensación de la perturbación externa más característica de un accionamiento eléctrico: el par de carga Mc al regular su velocidad ω (Figura 1a).
Figura 1 – Estructuras cerradas de estructuras electrónicas.
La característica principal de una estructura de accionamiento eléctrico tan cerrada es la presencia de un circuito a través del cual se suministra una señal proporcional al par de carga a la entrada del accionamiento eléctrico, junto con la señal de ajuste de velocidad Usc.
Um = Km∙Ms, donde Km es el coeficiente de proporcionalidad.
Como resultado, el accionamiento eléctrico está controlado por la señal total U ∆, que, al cambiar automáticamente cuando fluctúa el par de carga, garantiza que la velocidad se mantenga en un nivel determinado. A pesar de su eficacia, el control del accionamiento eléctrico mediante este esquema rara vez se lleva a cabo debido a la falta de sensores de par de carga sencillos y fiables.
Por tanto, en la mayoría de los circuitos cerrados se utiliza el principio de deflexión, que se caracteriza por la presencia de un circuito de retroalimentación que conecta la salida del dispositivo electrónico a su entrada. EN en este caso Al regular la velocidad, se utiliza un circuito de retroalimentación de velocidad (Figura 1b), a través del cual se suministra información sobre el valor de velocidad actual (señal Uos = Kos∙ ω) a la entrada del variador eléctrico, donde se resta de la señal de ajuste de velocidad. Nosotros. El control se realiza mediante una señal de desviación U ∆ =Uзс-Uос (también llamada señal de desajuste o error), que, cuando la velocidad difiere de la establecida, cambia automáticamente en consecuencia y, con la ayuda de un sistema de control automático. , elimina estas desviaciones.
Dependiendo del tipo de coordenada controlada, el ED utiliza retroalimentación en velocidad, posición, corriente, flujo magnético, voltaje y EMF.
Sistema de regulación subordinado.
Para controlar el movimiento del EUT, en ocasiones es necesario ajustar varias coordenadas del EP. Por ejemplo, corriente (par) y velocidad. En este caso, los ED cerrados se realizan según un esquema con control de coordenadas subordinado.
Figura 2 – Diagrama de bloques de un sistema de control esclavo de dos circuitos
En este esquema, la regulación de cada coordenada se realiza mediante sus propios reguladores (corriente RT y velocidad RS), que, junto con las correspondientes retroalimentaciones con los coeficientes Kost y Koss, forman bucles cerrados. Estos circuitos están dispuestos de tal manera que la señal de entrada (maestra) del circuito actual Uzt sea la señal de salida del circuito de velocidad externo a él. Por lo tanto, el bucle de corriente interno estará subordinado al bucle de velocidad externo, la principal coordenada ajustable del accionamiento eléctrico. La señal U ∆ de la salida RT se suministra al convertidor de tiristores TP. El motor eléctrico está representado por dos partes: eléctrica (ESM) y mecánica (MCD).
La principal ventaja de este esquema es la posibilidad de un ajuste óptimo del control de cada coordenada. Además, subordinar el bucle de corriente al bucle de velocidad permite simplificar el proceso de limitación de corriente y par, para lo cual sólo es necesario mantener la señal a la salida del controlador de velocidad (señal de referencia) del nivel de corriente en el nivel adecuado.
Explicar para qué están destinados los convertidores de frecuencia estáticos con enlace intermedio de corriente continua (SFC IDC). Proporcione diagramas de bloques del PZPT HRC, que difieren en el método para regular el voltaje en el estator IM.
Los HRC PZPT están diseñados para convertir voltaje alterno con amplitud y frecuencia constantes en voltaje alterno con amplitud y frecuencia ajustables.
Hay tres tipos de HRC CRPT según el método de regulación de voltaje:
1. HRC PZPT con rectificador controlado
En este circuito, la amplitud del voltaje se regula en la salida del rectificador (Figura 1).
Figura 1: HRC PZPT con rectificador controlado
CF es un rectificador controlado que convierte la energía de corriente alterna en energía de corriente continua.
F – filtro, sirve para suavizar las ondulaciones de corriente y voltaje.
Y – inversor, utilizado para convertir corriente continua en corriente alterna.
SUV – sistema de control rectificador.
IMS – sistema de control del inversor.
FP es un convertidor funcional que se utiliza para convertir la señal de ajuste de frecuencia U z. F. en la señal de ajuste de tensión U z. Ud. dependiendo de la ley de control de frecuencia implementada.
Dependiendo del tipo de filtro F en el enlace de CC, el inversor autónomo I se divide en AI de corriente y AI de tensión. En un IFC basado en corriente AI, el filtro es un reactor L con alta inductancia (Figura 2a). Tal inversor es una fuente de corriente, por lo tanto, en este circuito, el efecto de control sobre el motor es la frecuencia y la corriente del estator.
Figura 2 - Circuitos de filtro
La tensión AI es una fuente de tensión, para lo cual el filtro, además de la inductancia L, contiene un condensador de gran capacidad C (Figura 2b). La influencia del control sobre el motor en el sistema VHF con voltaje AI es la amplitud y frecuencia del voltaje.
2. HRC PZPT con un rectificador no controlado y un convertidor controlado por ancho de pulso (PWCC) en el enlace de CC (Figura 3).
Figura 3: HRC PZPT con un rectificador no controlado y PSIU
En este caso, la regulación de voltaje se lleva a cabo en el PShIU, que se instala entre el rectificador no controlado NV y el inversor I. El voltaje constante no regulado del NV se suministra al PShIU, donde se regula en magnitud, convertido en una secuencia. de pulsos rectangulares, filtrados por el filtro Ф y suministrados a la entrada del inversor I.
3. HRC PZPT con rectificador no controlado y con modulación de ancho de pulso del voltaje en el inversor (Figura 4).
Figura 4 - PFC DCPT con modulación de voltaje por ancho de pulso en el inversor
En este circuito, la regulación de la amplitud y la frecuencia del voltaje se combina en I. La modulación del ancho de pulso se logra mediante un complejo algoritmo de conmutación de válvulas y solo se puede implementar en convertidores con interruptores controlados: con transistores de potencia o con tiristores con conmutación artificial.
DISPOSITIVOS TÍPICOS DE SISTEMAS DE CONTROL
Reguladores
Una función importante de los sistemas de automatización modernos es la regulación de sus coordenadas, es decir, mantener los valores requeridos con la precisión necesaria. Esta función se implementa utilizando una gran cantidad de elementos diferentes, entre los cuales los reguladores son de suma importancia.
Regulador realiza la transformación de la señal de control correspondiente a las operaciones matemáticas requeridas por las condiciones de funcionamiento del sistema de control. Las operaciones típicas requeridas incluyen las siguientes transformaciones de señal: proporcional, proporcional-integral, proporcional-integral-diferencial.
La base del regulador analógico es un amplificador operacional, un amplificador de corriente continua que, en ausencia de retroalimentación, tiene una alta ganancia. Los amplificadores operacionales integrados son los más utilizados. Un amplificador operacional es una estructura de varias etapas en la que se puede distinguir un amplificador diferencial de entrada ( UE) con entradas inversas y directas, amplificador de tensión ( Naciones Unidas), implementando alta ganancia y un amplificador de potencia ( MENTE), proporcionando la capacidad de carga necesaria del amplificador operacional. El diagrama funcional del amplificador operacional se muestra en la Fig. 4.1. El diseño de un solo chip y de tamaño pequeño del amplificador operacional garantiza una alta estabilidad de los parámetros, lo que permite obtener una alta ganancia de CC. Puntos derivados del diagrama. Kl, K2, KZ diseñado para conectar circuitos de corrección externos que reducen la ganancia en altas frecuencias y aumentan la estabilidad del amplificador con retroalimentación. Sin circuitos de corrección, a frecuencias suficientemente altas, cuando el desfase acumulado es de 180°, el signo de la retroalimentación cambia, y con una ganancia grande, el amplificador operacional se autoexcita y entra en modo de autooscilación. En la Fig. 4.1 se utilizan las siguientes notaciones: Arriba- tensión de alimentación del amplificador; U ui- tensión de control de entrada a través de la entrada inversa del amplificador; paquete U- tensión de control de entrada mediante entrada directa del amplificador; Estás fuera- voltaje de salida del amplificador. Todos los voltajes anteriores se miden en relación con el cable común de una fuente de alimentación bipolar.
Los circuitos de conexión del amplificador operacional se muestran en la Fig. 4.2. La etapa diferencial del amplificador operacional tiene dos entradas de control: directa con potencial paquete U e inversa con el potencial U ui(Figura 4.2, A).
 |
El voltaje de salida del amplificador está determinado por el producto de la ganancia y la diferencia de potencial de las entradas del amplificador, es decir
U fuera = k уо (U arriba - U уу) = k уо U у,
Dónde k uo- ganancia diferencial del amplificador operacional; U y- tensión diferencial de entrada del amplificador, es decir, la tensión entre las entradas directa e inversa. Ganancia diferencial de amplificadores operacionales integrados en ausencia de retroalimentación.
Relativo a los voltajes de entrada Uvhp Y U que El voltaje de salida está determinado por la diferencia.
U fuera = k arriba U adentro - k ui U adentro,
¿Dónde están las ganancias de entrada directa? paquete k y por entrada inversa k ui determinado por el circuito de conmutación del amplificador. Para el circuito de conmutación de entrada directa mostrado en la Fig. 4.3, b, la ganancia está determinada por la fórmula
,
y para el circuito de conmutación de entrada inversa mostrado en la Fig. 4.3, V, - según la fórmula
Para construir varios circuitos reguladores, generalmente se usa un circuito amplificador operacional con entrada inversa. Normalmente, los reguladores deben tener múltiples aportaciones. Las señales de entrada se suministran al punto 1 (Fig. 4.2, V) a través de resistencias de entrada individuales. Las funciones de transferencia requeridas de los reguladores se obtienen gracias a complejas resistencias capacitivas activas en el circuito de retroalimentación. Z os y en circuitos de entrada Z en. Función de transferencia del regulador respecto a cualquiera de las entradas sin tener en cuenta la inversión de la tensión de salida
. (4.1)
Dependiendo del tipo de función de transferencia, el amplificador operacional puede considerarse como uno u otro regulador funcional. En el futuro, para implementar reguladores, consideraremos solo circuitos de conmutación basados en la entrada inversa.
Controlador proporcional (controlador P) - Este es el amplificador operacional de retroalimentación ajustada que se muestra en la Fig. 4.3, A. Su función de transferencia
W(p) = kP, (4.2)
Dónde kP- coeficiente de ganancia del regulador P.
Como se desprende de la función de transferencia (4.2), dentro del ancho de banda del amplificador operacional, la respuesta de frecuencia de amplitud logarítmica (LAFC) del regulador P es paralela al eje de frecuencia. w, y la fase es cero (Fig. 4.3, b).
Controlador integral (regulador I) se obtiene incluyendo un capacitor en el circuito de retroalimentación, como se muestra en la Fig. 4.4, A, integrando al mismo tiempo la señal de entrada y la función de transferencia del controlador
 |
, (4.3)
Dónde T y = R en C os- constante de integración.
Como se desprende de (4.3), el cambio de fase de la señal de salida es igual a - pag/ 2, el LFC tiene una pendiente de -20 dB/dec y la respuesta de frecuencia de fase logarítmica (LPFR) es paralela al eje de frecuencia w(Figura 4.4, b).
Controlador proporcional-integral (controlador PI ) se obtiene conectando en paralelo los reguladores P e I, es decir
La función de transferencia (4.4) se puede obtener en un amplificador operacional incluyendo la reactancia activa-capacitiva en su retroalimentación. Z os (p) = R os (p) + + 1 / (C os p), como se muestra en la Fig. 4.5, A.
Entonces, de acuerdo con (4.1)
,
Dónde T 1 = R os C os; T I = R en C os; k P = R os / R en.
Las características de frecuencia logarítmica del controlador PI se muestran en la Fig. 4.5, b.
Controlador diferencial proporcional (controlador PD) se obtiene mediante la conexión en paralelo de un regulador P y un regulador D diferencial, es decir
W PD (p) = k P + T D p = k P (T 1 p+1). (4.5)
La función de transferencia (4.5) se obtiene conectando un capacitor a la resistencia de entrada del amplificador operacional, como se muestra en la Fig. 4.6, A. Entonces, teniendo en cuenta (4.1), tenemos
Dónde T 1 = R en C en; k P = R os / R en.
 |
Las características de frecuencia logarítmica del controlador PD se muestran en la Fig. 4.6, b.
Controlador proporcional-integral-derivativo (controlador PID). Este regulador se obtiene mediante la conexión en paralelo de tres reguladores: regulador P, regulador I y regulador D. Su función de transferencia tiene la forma
. (4.6)
La función de transferencia (4.6) siempre se puede implementar mediante la conexión en paralelo de un controlador PD y un controlador I, que tienen, respectivamente, las funciones de transferencia (4.5) y (4.3). En este caso, el circuito controlador PID se puede implementar utilizando tres amplificadores operacionales. El primer amplificador implementa la función de un regulador PD (Fig. 4.6, A), el segundo amplificador es la función del regulador I (Fig. 4.4, A), tercer amplificador (Fig. 4.3, A) es la función de sumar las señales de salida del primer y segundo amplificador.
Si los parámetros kP, yo Y T.D. imponer una restricción
entonces la función de transferencia (4.6) se puede escribir como
, (4.7)
Dónde k P = (T 1 +T 2) / T I; T D = (T 1 T 2) / T I.
Un controlador PID con función de transferencia (4.7) es una conexión secuencial de un controlador PD y un controlador PI y puede implementarse en un único amplificador operacional con resistencia en el circuito de retroalimentación.
Z os (p) = R os + 1/(C os p)
y resistencia en el circuito de entrada
.
En este caso, las constantes de tiempo del controlador T 1 = R en C en, T 2 =R os C os, T 0 =R en C os.
 |
El circuito controlador PID para un amplificador se muestra en la Fig. 4.7, A, y sus características de frecuencia logarítmica en la Fig. 4.7, b.
Los circuitos considerados del controlador PD y del controlador PID tienen condensadores en los circuitos de entrada del amplificador, que para interferencias de alta frecuencia representan una resistencia cercana a cero. Para aumentar la estabilidad de los reguladores, puede conectar una resistencia adicional con una pequeña resistencia (al menos un orden de magnitud menor que la capacitancia del capacitor) en serie con el capacitor.
Los reguladores, su trabajo y implementaciones técnicas discutido con más detalle en /1/.
Preguntas de autoevaluación
1. ¿Qué función realizan los reguladores de los sistemas de automatización?
2. ¿Qué transformaciones típicas de la señal de control realizan los reguladores de los sistemas de automatización?
3. ¿Cuál es la base para la construcción de la mayoría de los reguladores analógicos modernos?
4. ¿Cuáles son las principales propiedades de los amplificadores operacionales?
5. ¿Cuáles son las coordenadas de entrada de un amplificador operacional típico?
6. ¿Cuál es la coordenada de salida de un amplificador operacional típico?
7. ¿Cuáles son los componentes incluidos en el circuito funcional de un amplificador operacional?
8. Nombrar circuitos típicos para conectar amplificadores operacionales.
9. ¿Qué circuito amplificador operacional típico se utiliza habitualmente para implementar reguladores?
10. Dé la función de transferencia del amplificador operacional para el circuito de entrada inversor.
11. ¿Qué elemento contiene un controlador proporcional en el circuito de retroalimentación de un amplificador operacional?
12. ¿Qué elemento contiene un controlador proporcional en el circuito de entrada de un amplificador operacional?
13. Dé la función de transferencia de un controlador proporcional.
14. ¿Cuáles son las características de frecuencia de amplitud y frecuencia de fase de un controlador proporcional?
15. ¿Qué elemento contiene un regulador integral en el circuito de retroalimentación de un amplificador operacional?
16. ¿Qué elemento contiene un regulador integral en el circuito de entrada de un amplificador operacional?
17. Dé la función de transferencia del regulador integral.
18. ¿Cuál es la pendiente de la respuesta de frecuencia de amplitud logarítmica de un regulador integral?
19. ¿Cuál es la respuesta de frecuencia de fase de un regulador integral?
20. ¿Qué elementos contiene el circuito de retroalimentación de un amplificador operacional?
21. ¿Qué elemento contiene el circuito de entrada del amplificador operacional del regulador integral proporcional?
22. Dé la función de transferencia de un controlador proporcional-integral.
23. ¿Qué elemento contiene el circuito de retroalimentación del amplificador operacional del regulador diferencial proporcional?
24. Dé la función de transferencia de un controlador diferencial proporcional.
25. ¿Bajo qué restricciones en los parámetros de un controlador proporcional-integral-derivativo se implementa en un solo amplificador operacional?
26. ¿Qué elementos contiene el circuito de entrada de un controlador proporcional-integral-derivativo basado en un único amplificador operacional?
27. ¿Qué elementos contiene el circuito de retroalimentación de un controlador proporcional-integral-derivativo basado en un único amplificador operacional?
Controladores de intensidad
Una unidad maestra típica en sistemas de control de accionamiento eléctrico y otros sistemas de automatización es integrador o controlador de intensidad(ZI). La tarea del SI es formar un cambio suave en la señal maestra al pasar de un nivel a otro, es decir, crear una subida y bajada lineal de la señal a la velocidad requerida. En estado estable, el voltaje en la salida del generador de intensidad es igual al voltaje en su entrada.
En la Fig. La Figura 4.8 muestra un diagrama de bloques de un SI de integración única, que consta de tres amplificadores operacionales. Todos los amplificadores están conectados según un circuito con entrada inversora. Primer amplificador U1, operando sin retroalimentación, pero con limitación de voltaje de salida U 1, tiene una característica rectangular, que se muestra sin tener en cuenta la inversión del voltaje de salida en la Fig. 4.9, A. Segundo amplificador operacional U2 Funciona como un integrador con una tasa de integración constante.
(4.8)
La tasa de integración se puede ajustar cambiando Rin2. Tercer amplificador U3 genera voltaje de retroalimentación negativa
. (4.9)
Cuando se aplica un voltaje de referencia a la entrada U z el voltaje de salida aumenta linealmente según (4.8). En un momento en el tiempo t=tp, Cuando U з = - U os, la integración se detiene y la tensión de salida, como se indica en (4.9), alcanza el valor 
, permanece sin cambios más. Al eliminar el voltaje de configuración de la entrada ( U z = 0) se produce el proceso de reducción lineal del voltaje de salida a cero (Fig. 4.9, b).
La tasa de cambio del voltaje de salida de este dispositivo de protección, como se muestra en (4.8), puede cambiar cambiando el valor del voltaje tu 1, por ejemplo, seleccionando diodos Zener en el circuito de retroalimentación del amplificador. U1 con voltaje de estabilización igual al valor requerido tu 1, o cambiando el valor del producto R in2 C oc2.
En la Fig. 4.10, A Se muestra otro circuito de un SI de integración única, realizado sobre la base de un transistor bipolar conectado según un circuito con una base común. Este circuito utiliza las propiedades de un transistor ( t) como amplificador de corriente. Recarga de condensadores ( CON) siempre ocurre con una corriente de colector constante yo a, determinado por la corriente del emisor dada es decir. En este caso, la tasa de cambio de voltaje a lo largo del tiempo. estás fuera a la salida del ZI | duout/dt| = yo a/C. Características del control ZI. estás fuera = = pie) mostrado en la Fig. 4.10, b. La tasa de cambio de la señal de salida se puede ajustar cambiando el voltaje. U e, en proporción a la cual la corriente cambia es decir y, en consecuencia, la actual yo a, o cambiando la capacitancia del capacitor. En estado estacionario, el capacitor siempre está cargado a voltaje. estás en. El puente rectificador asegura una dirección constante de la corriente del colector del transistor, independientemente del signo del voltaje. estás en. ZI se analizan en detalle en /1, 7/.
Preguntas de autoevaluación
1. ¿Con qué finalidad se utilizan los controladores de intensidad en los circuitos de automatización?
2. ¿Cuáles son las coordenadas de entrada y salida del generador de intensidad?
3. ¿Cuál es la ganancia estática del generador de intensidad?
4. ¿Cómo debería cambiar el voltaje en la salida de generadores de intensidad de integración única con cambios escalonados en el voltaje de entrada?
5. ¿A partir de qué amplificadores se construyen los controladores de intensidad integrados?
6. ¿Cuántos amplificadores operacionales, conectados a través de la entrada inversa, se necesitan para implementar un generador de intensidad integrador de una sola vez?
7. Indique el propósito de cada uno de los tres amplificadores operacionales en un circuito controlador de intensidad de integración única típico fabricado en microcircuitos.
8. ¿Qué parámetros afectan la tasa de cambio del voltaje de salida de un generador de intensidad de integración única en tres amplificadores operacionales?
9. ¿Cómo se logra un cambio lineal en el voltaje a través del capacitor en el circuito de un controlador de intensidad de transistor integrador único?
10. ¿Qué parámetros afectan la tasa de cambio del voltaje de salida de un controlador de intensidad de transistor integrador único?
Elementos coincidentes
Los elementos funcionales dentro de los sistemas de control pueden ser heterogéneos en tipo de señal, tipo de corriente, resistencia y potencia, y otros indicadores. Por tanto, al conectar elementos surge la tarea de coordinar sus características. Este problema se resuelve haciendo coincidir elementos. Este grupo de elementos incluye detectores de fase que se adaptan al tipo de corriente, convertidores digital a analógico y analógico a digital que se adaptan al tipo de señal, seguidores de emisor, resistencias de entrada y salida coincidentes, amplificadores de potencia, separadores galvánicos y otros elementos. . La función de coordinación también puede ser desempeñada por elementos normalmente destinados a otros fines. Por ejemplo, el amplificador operacional analizado en la sección 4.1 resulta ser un seguidor de emisor en relación con una entrada no inversora cuando el voltaje de salida se conecta a la entrada invertida.
Para la separación galvánica se puede utilizar, por ejemplo, un sensor de tensión de transformador. Tales elementos y similares son obvios o conocidos y no serán considerados.
Consideremos elementos de coincidencia estándar más complejos.
detector de fase(PD) ha recibido otros nombres en la literatura científica y técnica: amplificador sensible a la fase, rectificador sensible a la fase, discriminador de fase, demodulador.
El propósito del FD es convertir el voltaje CA de entrada U en Tensión de salida CC Estás fuera, cuya polaridad y amplitud dependen de la fase del voltaje de entrada j. Por tanto, el PD tiene dos coordenadas de entrada: la amplitud del voltaje de entrada U en metros y fase de voltaje de entrada j y una coordenada de salida: el valor promedio del voltaje de salida Estás fuera. Hay dos modos de funcionamiento de PD: modo de amplitud, cuando la fase del voltaje de entrada permanece constante, tomando uno de dos valores 0 o pag, U en metros=var y Estás fuera = f(U en m); modo de fase cuando U en= constante, j=var y Estás fuera = f(j).
En modo de amplitud, el PD se utiliza como convertidor de una señal de discordancia de CA en una señal de control en servoaccionamientos de CC, como convertidor de la señal de salida de un tacogenerador de CA, etc. En modo de fase, PD se utiliza en sistemas de control en los que la variable controlada y de control es una fase que varía suavemente.
Al detector de fase, por regla general, no se le asigna la función de amplificación de voltaje.
Por tanto, la ganancia de PD es cercana a la unidad. En la Fig. La Figura 4.11 muestra el circuito equivalente calculado de una DP de onda completa. El circuito corresponde a un circuito de rectificación cero, en el que las válvulas se sustituyen por interruptores funcionales. K1 Y K2. Resistencia de carga RN, en el que se asigna el voltaje de salida, conecta los puntos medios A, 0 Claves y fuentes de control de los campos electromagnéticos. e y. La resistencia interna de la fuente EMF de control se introduce en cada circuito. R y. El estado de las llaves está controlado por la EMF de referencia. y op de acuerdo con el algoritmo: para e op > 0 K1 incluido, es decir,
 |
función de conmutación y k1= 1,a K2 desactivado, es decir, su función de conmutación y k2 = 0. Para y op< 0 y k1 = 0, A y k2= 1. Este algoritmo se puede representar mediante las fórmulas
y a 1 = (1+signo e op) /2; y a 2 = (1- signo e op) /2 . (4.10)
Obviamente, con cerrado K1 fem de salida e fuera entre puntos A, 0 igual a e y, y cuando está cerrado K2 e fuera = - e y, eso es
e fuera = e y y k1 - e y y k2. (4.11)
Sustituyendo (4.10) en (4.11) se obtiene
e out = e y signo e op . (4.12)
El diagrama de cambios en la FEM de salida correspondiente a los algoritmos (4.11) y (4.12) se muestra en la Figura 4.12.
e op = E op m senwt Y e y = E y m pecado(peso - j),
Dónde mi op m,E y m- valores de amplitud de la FEM de referencia y de la FEM de control; w es la frecuencia angular de la FEM de referencia y la FEM de control, luego el valor promedio de la FEM de salida rectificada
. (4.13)
Porque E y m = k p U en m, voltaje de salida promedio 
, luego teniendo en cuenta (4.13)
, (4.14)
Dónde k p- coeficiente de transferencia del voltaje de entrada al EMF de control. Está determinado por las características de un diagrama de circuito PD específico.
Para j= constante = 0 o j= constante = pag Existe un modo de funcionamiento de amplitud del PD, cuya característica de control es sencilla:
U salida = k FD U entrada,
donde, teniendo en cuenta (4.14), la ganancia de PD en el modo de amplitud
.
En j= 0 valores de voltaje de salida Estás fuera son positivos y cuando j = pag Los valores de voltaje de salida son negativos.
Para U en= constante y j= var hay un modo de fase del PD, para el cual la característica de control tiene la forma
U salida = k " FD cosj = k "FD sinj",
Dónde j " = p/2 - j, y el coeficiente de transmisión de PD en modo fase teniendo en cuenta (4.14)
;
en pequeño j" característica de control
El funcionamiento de los PD, sus características y diagramas de circuito se analizan en /1/.
Convertidores digitales a analógicos(CAD). El convertidor une la parte digital del sistema de control con la analógica. La coordenada de entrada del DAC es un número binario de varios bits. Un n = un n -1 …a i …a 1 a 0, y la coordenada de salida es voltaje Estás fuera, generado en base al voltaje de referencia U op(Figura 4.13).
Los circuitos DAC se construyen sobre la base de una matriz de resistencias, con la ayuda de la cual se suman corrientes o voltajes para que el voltaje de salida sea proporcional al número de entrada. El DAC consta de tres partes principales: una matriz de resistencias, interruptores electrónicos controlados por el número de entrada y un amplificador sumador que genera el voltaje de salida. En la Fig. La Figura 4.14 muestra un circuito simple de un DAC irreversible. Cada dígito del número binario de entrada Un corresponde a la resistencia
R yo = R 0 / 2 yo, (4.15)
Dónde R0- resistencia de orden bajo.
Resistor ri Se conecta a una fuente de alimentación con un voltaje de referencia. U op mediante llave electrónica k yo, que está cerrado a las un yo=1 y abierto en un yo= 0. Obviamente, dependiendo del valor un yo resistencia del circuito de entrada para i- La categoría a tener en cuenta (4.15) vendrá determinada por la expresión
R yo = R 0 /(2 yo yo). (4.16)
Entonces para y yo= 0, es decir, el circuito está roto, y para un yo=1 circuito está encendido y tiene resistencia R 0 /2 yo .
En el diagrama de la Fig. 4.14 amplificador operacional Ud. suma las corrientes de entrada y su voltaje de salida, teniendo en cuenta la notación y expresión del circuito (4.16)
Expresión (4.17) de la forma U fuera = f(Un n)- Esta es la característica de control del DAC. Tiene forma escalonada con una discreción de voltaje correspondiente a la unidad menos significativa,
ΔU 0 = R os U op / R 0 = k DAC.
Magnitud ΔU 0 es al mismo tiempo el coeficiente de transferencia promedio del DAC CAD.
Conversor analógico a digital(ADC) resuelve el problema inverso: convierte un voltaje de entrada continuo en un número, por ejemplo, binario. Cada número binario de varios bits de salida yo Corresponde al rango de cambios de voltaje de entrada:
, (4.18)
Dónde U ei = ΔU 0 yo- valor de referencia de la tensión de salida correspondiente al número binario de salida yo; ΔU 0- discreción de la tensión de salida, correspondiente a la unidad del dígito menos significativo del número de salida.
En norte ADC de bits numero total niveles de voltaje de entrada de referencia distintos de cero que difieren entre sí por ΔU 0, igual al número decimal de salida máximo norte=2 norte - 1. Desde cada nivel U e i, según (4.18), lleva información sobre el número, luego en el funcionamiento del ADC podemos distinguir las operaciones principales: comparación de los voltajes de entrada y de referencia, determinación del número de nivel, generación del número de salida en un código dado . La ganancia promedio del ADC se define como el recíproco de la ganancia del DAC correspondiente:
k CAD = 1 / ΔU 0.
Entonces la ecuación para la característica de control del ADC se puede escribir como
La característica de control del ADC tiene una forma escalonada.
Los circuitos de implementación de ADC se pueden dividir en dos tipos principales: acción paralela y acción secuencial.
La principal ventaja de un ADC paralelo es su alto rendimiento. La conversión del voltaje de entrada analógico a un número decimal de varios dígitos se produce en sólo dos ciclos de reloj de los elementos del circuito digital. La principal desventaja de tales ADC es la gran cantidad de comparadores analógicos y flip-flops en el circuito, igual a 2 norte - 1, lo que hace que los ADC paralelos de varios bits sean prohibitivamente caros.
En un ADC en serie se requieren costes de hardware significativamente más bajos. En la Fig. La Figura 4.15 muestra un circuito ADC de seguimiento que pertenece al grupo de circuitos secuenciales. El diagrama utiliza símbolos no mencionados anteriormente: GTI- generador de impulsos de reloj, SR- contador inverso, A- comparador, R- registro de salida. Designaciones de elementos lógicos. Y,O NO generalmente aceptado.
Comparación U en Y U e realizado en un comparador analógico combinado con dos salidas: “más que” (>) y “menos que” (<). ЕслиU en - U e >ΔU 0/ 2, entonces aparece una única señal en la salida >, y el elemento Y 1 conduce pulsos de reloj a la entrada sumadora (+1) del contador ascendente/descendente SR. El número de producción está creciendo SR, y aumenta en consecuencia U uh, DAC generado. Si U en - U e < ΔU 0 /2 , entonces aparece una única señal en la salida< , при этом импульсы от генератора тактовых импульсов через элемент Y 2 pasar a la entrada de resta (-1) del contador SR Y U e disminuye. Cuando la condición | U en - U e | = ΔU 0 /2 en ambas salidas A Las señales cero y los elementos están resaltados. Y 1 Y Y 2 están bloqueados para los pulsos del reloj. El contador deja de contar y el número que permanece sin cambios en su salida aparece en la salida del registro. r. El permiso para escribir un número en un registro se otorga mediante una señal de un solo elemento. O-NO, incluido en dos salidas A. Considerando este esquema en relación con U en Y U uh, Se puede establecer que el ADC es un sistema de control cerrado a lo largo de la coordenada de salida con un controlador. A acción de relevo. El sistema monitorea el cambio en el voltaje de entrada con una precisión en estado estable de ± U 0/2 y genera un número correspondiente a la salida digital U adentro. Un ADC de seguimiento puede convertir rápidamente sólo un cambio bastante lento en el voltaje de entrada.
La principal desventaja del ADC considerado es su bajo rendimiento. En el caso más desfavorable, cuando el voltaje máximo en la entrada se establece abruptamente, para producir el valor de salida correspondiente en código digital requerido 2 norte - 1 late Algunos circuitos DAC y ADC y su funcionamiento se analizan en /1/.
Preguntas de autoevaluación
1. ¿Por qué se utilizan elementos coincidentes en los sistemas de automatización?
2. ¿Qué transformación realiza un detector de fase?
3. ¿En qué modos puede funcionar el detector de fase?
4. ¿Cuáles son las coordenadas de entrada del detector de fase?
5. ¿Cuál es la coordenada de salida de un detector de fase?
6. ¿Cuál es el modo de funcionamiento de amplitud de un detector de fase?
7. ¿Cuál es el modo de funcionamiento de fase de un detector de fase?
8. ¿Para qué se pueden utilizar los detectores de fase en los sistemas de automatización?
9. Dé la fórmula para las características de control de un detector de fase que funciona en modo de amplitud.
10. ¿Qué conversión realiza un conversor digital a analógico?
11. ¿Cuáles son las coordenadas de entrada y salida de un convertidor digital a analógico?
12. ¿Cuáles son las partes principales de un circuito convertidor de digital a analógico?
13. Dé fórmulas para calcular las características de control de un convertidor digital a analógico y su coeficiente de transmisión promedio.
14. ¿Qué tipo de característica de control tiene un convertidor digital a analógico?
15. ¿Qué conversión realiza un convertidor analógico a digital?
16. ¿Cuáles son las coordenadas de entrada y salida de un convertidor analógico a digital?
17. Dé fórmulas para calcular las características de control de un convertidor analógico a digital y su coeficiente de transmisión promedio.
18. ¿Qué tipos de convertidores analógicos a digitales existen?
19. ¿Cuáles son las principales ventajas y desventajas de los convertidores analógicos a digitales en paralelo?
20. ¿Cuáles son las principales ventajas y desventajas de los convertidores analógico-digitales en serie?
21. ¿Por qué se utiliza un convertidor de digital a analógico en un circuito de seguimiento de convertidor de analógico a digital?
22. ¿Cuál es el error de conversión absoluto máximo en estado estacionario de un convertidor analógico a digital de seguimiento?
SENSORES
Preguntas de autoevaluación
1. ¿Cuáles son las coordenadas de entrada y salida del sensor de ángulo de rotación?
2. ¿Cuáles son las coordenadas de entrada y salida del sensor de ángulo de desalineación?
3. ¿En qué sistemas se pueden utilizar sensores de ángulo y sensores de error?
4. ¿Cuántos devanados y dónde lo tiene el sincro de contacto trifásico?
5. ¿Cuáles son las coordenadas de entrada y salida del selsyn?
6. ¿En qué modos puede funcionar el selsyn?
7. ¿Cuál es el modo de funcionamiento de amplitud de un sincronizador?
8. ¿Cuál es el modo de operación de fase de un selsyn?
9. Dé una fórmula para calcular las características de control de un sincronizador en modo de funcionamiento de amplitud.
10. Dé una fórmula para calcular las características de control de un sincronizador en el modo de operación por fases.
11. ¿Qué factores determinan los errores estáticos de un sincronizador que distorsionan sus características de control?
12. ¿Qué causa el error de velocidad del sensor de ángulo giratorio basado en Selsyn?
13. ¿En qué modo funcionan el sensor Selsyn y el receptor Selsyn en el circuito del sensor de ángulo de desajuste si el valor de amplitud de la FEM del rotor del receptor Selsyn y la fase de esta FEM se utilizan como coordenadas de salida?
14. Proporcione una fórmula para calcular las características de control de un sensor de desajuste basado en dos sincronizadores que funcionan en modo transformador.
15. ¿Cuáles son las principales desventajas de los sensores de ángulo giratorio basados en Selsyn?
16. ¿Con qué finalidad se utilizan engranajes de medición reductores en la entrada de los sensores del ángulo de rotación?
17. ¿Con qué finalidad se utilizan engranajes de medición elevadores en la entrada de los sensores del ángulo de rotación?
18. ¿Cómo cambia el error de medición del ángulo cuando se utilizan engranajes de medición reductores?
19. ¿Cuándo es apropiado utilizar sensores de ángulo discretos?
20. ¿Cuáles son los principales elementos presentes en el diseño de un sensor de ángulo de rotación digital basado en un disco codificado?
21. ¿Por qué la característica de control de un sensor de ángulo de rotación digital basado en un disco codificado tiene un carácter escalonado?
22. Dé una fórmula para calcular el intervalo discreto de un sensor de ángulo de rotación digital basado en un disco de código.
23. Dé una fórmula para calcular el error absoluto de un sensor de ángulo de rotación digital basado en un disco de código.
24. ¿Con qué medidas de diseño se puede aumentar la capacidad de bits de un sensor de ángulo de rotación digital basado en un disco codificado?
Sensores de velocidad angular
tacogenerador CC representa coche eléctrico CC con excitación independiente o imanes permanentes (Fig. 5.6). Coordenada de entrada TG - velocidad angular w, tensión de salida Estás fuera, asignado a la resistencia de carga.
mi tg = kФw = I(R tg + R n),
Coeficiente de transferencia TG, V/rad; k = pN/ (2p a)- constante constructiva; F- flujo de excitación magnética; Rtg- resistencia del devanado del inducido y del contacto de las escobillas.
 |
El coeficiente de transferencia del TG, estrictamente hablando, no permanece constante cuando cambia la velocidad debido a la no linealidad de la resistencia de contacto de las escobillas y la reacción del inducido. Por tanto, se observa una cierta no linealidad en la característica de control en zonas de baja y alta velocidad (Fig. 5.6, b). La no linealidad en la zona de baja velocidad se reduce mediante el uso de escobillas metalizadas con una baja caída de voltaje. La no linealidad de la característica debida a la reacción del inducido se reduce limitando la velocidad desde arriba y aumentando la resistencia de la carga. Al realizar estas actividades, las características de control del TG pueden considerarse casi sencillas.
Para simplificar el proceso de construcción de un regulador de corriente en amplificadores operacionales, transformamos su PF (8) de la siguiente manera:
(8")
El primer término en (8") es el producto de los enlaces isodrómicos y aperiódicos, el segundo es el enlace aperiódico, el tercero es el enlace diferenciador inercial. Del curso de Electrónica sabes cómo ensamblar estos enlaces en amplificadores operacionales.
Figura 10 - Regulador de corriente en amplificadores operacionales
El circuito, como puede verse, consta de tres ramas paralelas, que están cerradas por las salidas al sumador inversor del amplificador operacional, por lo que la señal de salida tu 2
se invertirá en relación con la entrada tu 1
. Si es necesaria la aprobación tu 1
Y tu 2
Será necesario instalar un inversor adicional a la salida del sumador. Esta técnica se aplicó en la rama media del circuito, ya que el enlace aperiódico está construido sobre un amplificador operacional inversor. La rama superior es responsable de la PF. 
. El producto de enlaces isodrómicos y aperiódicos se obtiene conectando sus circuitos en serie en amplificadores operacionales inversores y, dado que cada enlace invierte la señal, no es necesario hacer coincidir la entrada y la salida de la rama superior. La rama inferior, que implementa el enlace dinámico inercial, no invierte la señal de entrada.
Calculemos los parámetros del circuito. Se sabe que
Habiendo preguntado R 1 =R 3 =R 5 =R 8 =R 12 =R 17 =R 18 = 500 ohmios, R 13 = 300 ohmios, R 14 = 50 ohmios lo entendemos CON 1 =
=
= 240 µF, CON 2 =CON 3 =
=
= 10 µF, CON 4 =
=
= 40 µF, R 2 =
= 
= 380 ohmios, R 4 =R 6 =R 9 =R 10 =R 11 =R 16 = 500 ohmios, R 7 = 110 ohmios, R 15 =
=
= 
= 310 ohmios.
2.3AmLahx: un programa para construir parámetros asintóticos y sintetizar controladores utilizando el método de los parámetros deseados
2.3.1 Información general sobre el programa
El programa AmLAHX está diseñado para ejecutarse en el entorno MatLab6.0 o superior y proporciona al usuario las siguientes capacidades:
tiene una interfaz GUI;
construye LFC asintóticos de objetos dinámicos especificados en forma de funciones de transferencia;
construye interactivamente el LFC deseado de un sistema de circuito abierto de acuerdo con criterios de calidad especificados, incluso, el programa permite al usuario seleccionar secciones de acoplamiento (sus pendientes) dependiendo del tipo de LFC del objeto de control;
proporciona una resta automática del LFC del sistema de bucle abierto del LFC del objeto de control y así construye el LFC del controlador, devuelve las frecuencias conjugadas y las pendientes de las asíntotas, lo que hace que sea bastante fácil escribir su función de transferencia usando el LFC del controlador (en versiones posteriores el programa lo hará automáticamente);
Todos los LFC se trazan indicando las pendientes de las asíntotas; el usuario puede determinar los colores de cada LFC por separado, así como el formato de las inscripciones en los gráficos (espesor, altura).
2.3.2 Línea de comando del programa
La línea de comando completa para ejecutar el programa es:
yy=amlahx( número,guarida, bandera, parámetro),
Dónde número Y guarida- numerador y denominador del PF del objeto de control, respectivamente, número Y guarida deben ser vectores escritos en formato MatLab (ver ejemplo a continuación);
bandera- modo de funcionamiento (1 (predeterminado) o 2);
parámetro- un vector de 6 elementos (números), 1, 2 y 3 elementos, respectivamente, son el grosor de los LFC de OU, RS y CU, 4, 5 y 6 son los colores de estos LFC (por defecto, el grosor de todos los LFC es 1, los colores son rojo, azul y verde, respectivamente).
AmLAHX sin parametros funciona en modo demo, en este caso
número= ,guarida = ,bandera= 2.
El controlador calcula el desajuste y lo convierte en una acción de control de acuerdo con una determinada operación matemática. VSAU utiliza principalmente los siguientes tipos de controladores: proporcional (P), integral (I), proporcional-integral (PI), proporcional-integral-derivado (PID). Dependiendo del tipo de señales convertidas, se distinguen reguladores analógicos y digitales. Reguladores analógicos (AR) se implementan en base a amplificadores operacionales, digitales - basados en dispositivos informáticos especializados o microprocesadores. Los controladores analógicos solo convierten señales analógicas que son funciones continuas del tiempo. Al pasar por el AP, se convierte cada valor instantáneo de una señal continua.
Para implementar AR, se conecta un amplificador operacional (op-amp) de acuerdo con un circuito amplificador sumador con retroalimentación negativa. El tipo de regulador y su función de transferencia están determinados por el circuito para conectar resistencias y condensadores en los circuitos de entrada y en la retroalimentación del amplificador operacional.
Al analizar los reguladores, utilizaremos dos suposiciones principales que se cumplen con un alto grado de precisión para un amplificador operacional con retroalimentación negativa en un modo de funcionamiento lineal:
Tensión de entrada diferencial Ud. la entrada del amplificador operacional es igual a cero;
Las entradas inversoras y no inversoras del amplificador operacional no consumen corriente, es decir. corrientes de entrada (Fig. 2.2). Dado que la entrada no inversora está conectada al bus "cero", entonces, según el primer supuesto, el potencial φa de la entrada inversora también es cero.
Arroz. 2.2. Diagrama funcional de un controlador proporcional.
Pasando al incremento de variables en la ecuación (2.1) y usando la transformada de Laplace, obtenemos la función de transferencia del regulador P:
Dónde - ganancia proporcional.
Así, en el regulador P se lleva a cabo una amplificación proporcional (multiplicada por una constante) de la señal de error. tu carrera
El coeficiente puede ser mayor o menor que uno. En la Fig. 2.3 muestra la dependencia tu en =f(t) Regulador P cuando cambia la señal de error tu carrera
Se implementa un regulador integral (regulador I) conectando un condensador del amplificador operacional C al amplificador operacional en el circuito de retroalimentación (Fig. 2.4). Función de transferencia del controlador I
¿Dónde está la constante de integración, s?
Arroz. 2.4. Diagrama funcional de un regulador integrado.
El controlador I integra la señal de error. tu carrera
Se implementa un controlador integral proporcional (controlador PI) incluyendo una resistencia R OU y un condensador C OU en el circuito de retroalimentación (Fig. 2.6).
Arroz. 2.6. Diagrama funcional del controlador PI.
Función de transferencia del controlador PI
es la suma de las funciones de transferencia de los controladores proporcional e integral. Dado que el controlador PI tiene las propiedades de los controladores P e I, realiza simultáneamente la amplificación proporcional y la integración de la señal de error. tu carrera
Un controlador proporcional-integral-derivado (controlador PID) se implementa en el caso más simple conectando los condensadores C 3 y C OS en el controlador PI en paralelo con las resistencias R 3 y R OC (Fig. 2.8).
Arroz. 2.8. Diagrama funcional del controlador PID.
Función de transferencia del controlador PID
¿Dónde está la ganancia proporcional del controlador PID? - constante de diferenciación; - constante de integración; ; .
La función de transferencia del controlador PID es la suma de las funciones de transferencia de los controladores proporcional, integral y diferencial. El controlador PID realiza amplificación, diferenciación e integración proporcional simultánea de la señal de error. tu carrera
17 Pregunta Sensores de coordenadas AEP.
Diagrama de bloques del sensor. El DEA (accionamiento eléctrico automatizado) utiliza sensores para recibir señales de retroalimentación sobre coordenadas controladas. Sensor es un dispositivo que informa sobre el estado de la coordenada controlada del DEA interactuando con él y convirtiendo la reacción a esta interacción en una señal eléctrica.
En el DEA se controlan las coordenadas eléctricas y mecánicas: corriente, voltaje, EMF, par, velocidad, desplazamiento, etc. Para medirlos se utilizan sensores adecuados.
El sensor de coordenadas DEA se puede representar estructuralmente como una conexión en serie de un transductor de medición (MT) y un dispositivo de adaptación (CU) (Fig. 2.9). El transductor de medida convierte la coordenada X en señal de voltaje eléctrico Y(o actual i), proporcional X . El dispositivo correspondiente convierte la señal de salida. Y IP en señal de retroalimentación tu SO , que en tamaño y forma satisface a las armas autopropulsadas.
Arroz. 2.9. Diagrama de bloques del sensor de coordenadas AEP.
Sensores de corriente. Los sensores de corriente (CT) están diseñados para obtener información sobre la intensidad y dirección de la corriente del motor. Están sujetos a los siguientes requisitos:
Linealidad de las características de control en el rango de 0,1 I nom a 5 I nom no menos de 0,9;
Disponibilidad de aislamiento galvánico del circuito de potencia y sistema de control;
Alto rendimiento.
Como transductores de medida en DT se utilizan transformadores de corriente, devanados adicionales (de compensación) de bobinas de suavizado, elementos Hall y derivaciones.
Los sensores de corriente basados en derivaciones se utilizan ampliamente para medir la corriente del motor. Derivación es una resistencia de cuatro terminales con resistencia puramente activa R sh (derivación no inductiva), el circuito de alimentación está conectado a los terminales de corriente y el circuito de medición está conectado a los terminales de potencial.
Según la ley de Ohm, la caída de voltaje a través de la resistencia activa y=R w i.
Para reducir el efecto de la derivación sobre el paso de corriente en el circuito del motor, su resistencia debe ser mínima. La caída de tensión nominal a través de la derivación suele ser de 75 mV, por lo que debe amplificarse a los valores requeridos (3,0...3,5 V). Dado que la derivación tiene una conexión potencial con el circuito de alimentación, el sensor de corriente debe contener un dispositivo de aislamiento galvánico. Como tales dispositivos se utilizan transformadores y dispositivos optoelectrónicos. El diagrama de bloques de un sensor de corriente basado en una derivación se muestra en la Fig. 2.13.
Arroz. 2.13. Diagrama de bloques de un sensor de corriente basado en derivación.
Actualmente, los sensores de corriente basados en elementos de pasillo, que están hechos de material semiconductor en forma de placa o película delgada (figura 2.14). al pasar corriente eléctrica I X a lo largo de la placa ubicada perpendicular a campo magnético con inducción EN, La fem Hall se induce en la placa. mi X:
donde es un coeficiente que depende de las propiedades del material y de las dimensiones de la placa.
Sensores de voltaje. EN Los divisores de voltaje resistivos se utilizan como convertidor de medición de voltaje en un accionamiento eléctrico (Fig. 2.16).
Arroz. 2.16. Diagrama funcional de un sensor de voltaje.
Tensión de salida del divisor.
Sensores de campos electromagnéticos. Con requisitos bajos para el rango de control de velocidad (hasta 50), la retroalimentación EMF se utiliza como retroalimentación principal en el accionamiento eléctrico.
Arroz. 2.17. Diagrama funcional del sensor EMF de armadura.
Sensores de velocidad. Para obtener una señal eléctrica proporcional a la velocidad angular del rotor del motor, se utilizan tacogeneradores y sensores de velocidad de pulso. Los tacogeneradores se utilizan en sistemas de control automático analógicos, de impulsos, en digitales.
Los sensores de velocidad están sujetos a requisitos estrictos en cuanto a la linealidad de las características de control, la estabilidad del voltaje de salida y el nivel de su ondulación, ya que determinan los parámetros estáticos y dinámicos del variador en su conjunto.
Los tacogeneradores de CC con imanes permanentes se han generalizado en los accionamientos eléctricos. Para reducir el nivel de pulsaciones inversas, se incorporan tacogeneradores en el motor eléctrico.
En los sensores de velocidad de impulsos se utilizan como transductor de medida primario transductores de desplazamiento de impulsos, en los que el número de impulsos es proporcional al ángulo de rotación del eje.
Sensores de posición. EN Actualmente, los convertidores fotoelectrónicos y de inducción se utilizan en accionamientos eléctricos para medir el movimiento de partes móviles de máquinas y mecanismos.
Los transformadores de inducción incluyen transformadores giratorios, selsyns e inductosyns. Los inductosyns pueden ser circulares o lineales.
Transformadores rotativos (VT) Se denominan micromáquinas eléctricas de corriente alterna que convierten el ángulo de rotación α en una tensión sinusoidal proporcional a este ángulo. En un sistema de control automático, se utilizan transformadores giratorios como medidores de desajuste que registran la desviación del sistema desde una determinada posición especificada.
Un transformador giratorio tiene dos devanados distribuidos monofásicos idénticos en el estator y en el rotor, desplazados 90° entre sí. La tensión del devanado del rotor se elimina mediante anillos colectores y escobillas o mediante transformadores de anillo.
El principio de funcionamiento del VT en modo sinusal se basa en la dependencia del voltaje inducido en el devanado del rotor por el flujo magnético pulsante del estator de la posición angular de los ejes del estator y de los devanados del rotor.
selsin Es una micromáquina eléctrica de corriente alterna con dos devanados: excitación y sincronización. Dependiendo del número de fases del devanado de excitación, se distinguen los sincronizadores monofásicos y trifásicos. El devanado de sincronización es siempre trifásico. En las armas autopropulsadas, se utilizan ampliamente sincronizadores sin contacto con un transformador de anillo.
El devanado de sincronización de un sincronizador sin contacto con un transformador de anillo está ubicado en las ranuras del estator, el devanado de excitación está en las ranuras o en los polos pronunciados del rotor del sincronizador. La peculiaridad del transformador de anillo es que su devanado primario está ubicado en el estator y el devanado secundario está ubicado en el rotor. Los devanados tienen la forma de anillos colocados en un sistema magnético que consta de núcleos magnéticos anulares del estator y del rotor, que están conectados en el rotor por un circuito magnético interno y en el estator por uno externo. En las armas autopropulsadas, los sincronizadores se utilizan en los modos de rotación de amplitud y fase.
El diagrama de circuito para encender los devanados synsyn en modo amplitud se muestra en la Fig. 2.19. La coordenada de entrada del sincronizador en este modo es el ángulo de rotación del rotor τ. La línea central del devanado de fase se toma como punto de referencia. A.
Arroz. 2.19. Diagrama funcional de encendido de los devanados synsyn en modo amplitud
El diagrama del circuito para encender los devanados synsyn en el modo de cambio de fase se muestra en la Fig. 2.20. La coordenada de entrada del sincronizador en este modo es el ángulo de rotación τ y la coordenada de salida es la fase φ del EMF de salida. mi en relación con la tensión de alimentación alterna.
Arroz. 2.20. Diagrama funcional de encendido de los devanados synsyn en modo de rotación de fase.
18 Pregunta Sistemas de control de fase de pulso. Principios del control de tiristores.
En los rectificadores, los tiristores se utilizan como interruptores controlados. Para abrir el tiristor se deben cumplir dos condiciones:
El potencial anódico debe exceder el potencial catódico;
Se debe aplicar un impulso de apertura (control) al electrodo de control.
El momento en que aparece un voltaje positivo entre el ánodo y el cátodo del tiristor se llama momento de apertura natural. La entrega del impulso de apertura se puede retrasar con respecto al momento de apertura natural mediante un ángulo de apertura. Como resultado, se retrasa el inicio del flujo de corriente a través del tiristor que entra en funcionamiento y se regula el voltaje del rectificador.
Para controlar los tiristores del rectificador se utiliza un sistema de control de fase de pulso (PPCS), que realiza las siguientes funciones:
Determinar los momentos en los que deben abrirse determinados tiristores específicos; estos momentos de tiempo son fijados por una señal de control que proviene de la salida del ACS a la entrada del SIFU;
Formación de impulsos de apertura transmitidos. I en los momentos adecuados a los electrodos de control de los tiristores y teniendo la amplitud, potencia y duración requeridas.
Según el método para obtener un desplazamiento de los impulsos de apertura con respecto al punto de apertura natural, se distinguen los principios de control horizontal, vertical e integrador.
Con control horizontal (Fig. 2.28), el voltaje alterno sinusoidal de control tu y está desfasado (horizontalmente) con respecto al voltaje tu 1, alimentando el rectificador. En un momento en el tiempo ωt=α Los impulsos de desbloqueo rectangulares se forman a partir de la tensión de control. Ud. GT . El control horizontal prácticamente no se utiliza en los accionamientos eléctricos, lo que se debe al rango limitado de control del ángulo α (aproximadamente 120°).
Con control vertical (Fig. 2.29), el momento de suministro de los pulsos de apertura se determina cuando el voltaje de control es igual tu y (de forma constante) con una tensión de referencia variable (vertical). En el momento de la igualdad de voltaje, se forman pulsos rectangulares. Ud. gt.
Con control integrador (Fig. 2.30), el momento de suministro de los impulsos de apertura se determina cuando la tensión de control alterno es igual y en con voltaje de referencia constante Ud. o p. En el momento de la igualdad de voltaje, se forman pulsos rectangulares. Ud. gt.
Arroz. 2.28. Principio de control horizontal
Arroz. 2.29. Principio de control vertical
Arroz. 2.30. Principio de control integrador
Según el método de contar el ángulo de apertura a, los SIFU se dividen en multicanal y monocanal. En SIFU multicanal, el ángulo a para cada tiristor del rectificador se mide en su propio canal, en los de un solo canal, en un canal para todos los tiristores. En los accionamientos eléctricos industriales se utilizan predominantemente SIFU multicanal con principio de control vertical.