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Schéma de circuit du régulateur électronique des gaz d'échappement sur l'ampli-op. Amplificateur opérationnel : circuits de commutation, principe de fonctionnement

L'article discutera d'un amplificateur opérationnel standard et fournira également des exemples de différents modes de fonctionnement de cet appareil. Aujourd'hui, aucun appareil de contrôle ne peut se passer d'amplificateurs. Ce sont des appareils véritablement universels qui vous permettent d'effectuer diverses fonctions avec un signal. Vous en apprendrez davantage sur le fonctionnement de cet appareil et sur ce que cet appareil vous permet exactement de faire.

Amplificateurs inverseurs

Le circuit amplificateur inverseur de l'ampli-op est assez simple, vous pouvez le voir sur l'image. Il est basé sur un amplificateur opérationnel (ses circuits de connexion sont abordés dans cet article). En plus, ici :

Il y a une chute de tension aux bornes de la résistance R1 ; sa valeur est la même que celle d’entrée.
Il y a aussi R2 sur la résistance - c'est la même que celle de sortie.

Dans ce cas, le rapport entre la tension de sortie et la résistance R2 est égal en valeur au rapport entre la tension d'entrée et R1, mais de signe opposé. Connaissant les valeurs de résistance et de tension, vous pouvez calculer le gain. Pour ce faire, vous devez diviser la tension de sortie par la tension d'entrée. Dans ce cas, l'amplificateur opérationnel (ses circuits de connexion peuvent être quelconques) peut avoir le même gain quel que soit son type.

Opération de rétroaction

Nous devons maintenant examiner de plus près un point clé : le fonctionnement du feedback. Disons qu'il y a une certaine tension à l'entrée. Pour simplifier les calculs, prenons sa valeur égale à 1 V. Supposons également que R1=10 kOhm, R2=100 kOhm.

Supposons maintenant qu'une situation imprévue se produise, à cause de laquelle la tension à la sortie de la cascade est fixée à 0 V. Ensuite, une image intéressante est observée - deux résistances commencent à fonctionner par paires, créant ensemble un diviseur de tension. A la sortie de l'étage inverseur, elle est maintenue à un niveau de 0,91 V. Dans ce cas, l'ampli-op permet d'enregistrer la disparité entre les entrées et la tension diminue en sortie. Il est donc très simple de concevoir un circuit amplificateur opérationnel qui met en œuvre la fonction d'amplificateur de signal provenant d'un capteur, par exemple.

Et ce changement se poursuivra jusqu'à ce que la sortie atteigne une valeur stable de 10 V. C'est à ce moment que les potentiels aux entrées de l'amplificateur opérationnel seront égaux. Et ils seront identiques au potentiel de la Terre. En revanche, si la tension à la sortie de l'appareil continue de diminuer et qu'elle est inférieure à -10 V, le potentiel à l'entrée deviendra inférieur à celui de la masse. La conséquence est que la tension à la sortie commence à augmenter.

Ce circuit présente un gros inconvénient : l'impédance d'entrée est très faible, en particulier pour les amplificateurs à gain de tension élevé, si le circuit de rétroaction est fermé. Et la conception discutée plus loin est dépourvue de toutes ces lacunes.

Amplificateur non inverseur

La figure montre le circuit d'un amplificateur opérationnel non inverseur. Après l’avoir analysé, nous pouvons tirer plusieurs conclusions :

La valeur de tension UA est égale à la tension d'entrée.
La tension UA est retirée du diviseur, ce qui est égal au rapport du produit de la tension de sortie et de R1 à la somme des résistances R1 et R2.
Dans le cas où UA est de valeur égale à la tension d'entrée, le gain est égal au rapport de la tension de sortie à l'entrée (ou vous pouvez en ajouter un au rapport des résistances R2 et R1).

Cette conception est appelée amplificateur non inverseur ; elle a une impédance d'entrée presque infinie. Par exemple, pour les amplificateurs opérationnels de la série 411, sa valeur est de 1012 Ohms, le minimum. Et pour les amplificateurs opérationnels basés sur des transistors semi-conducteurs bipolaires, en règle générale, supérieurs à 108 Ohms. Mais l'impédance de sortie de la cascade, ainsi que dans le circuit évoqué précédemment, est très petite - des fractions d'ohm. Et cela doit être pris en compte lors du calcul des circuits utilisant des amplificateurs opérationnels.

Circuit amplificateur CA

Les deux circuits évoqués plus haut dans l'article fonctionnent sur Mais si la connexion entre la source du signal d'entrée et l'amplificateur est à courant alternatif, vous devrez alors assurer la mise à la terre du courant à l'entrée de l'appareil. De plus, vous devez faire attention au fait que la valeur actuelle est extrêmement faible.

Dans le cas où les signaux AC sont amplifiés, il est nécessaire de réduire le gain du signal DC à l'unité. Cela est particulièrement vrai dans les cas où le gain de tension est très important. Grâce à cela, il est possible de réduire considérablement l'influence de la tension de cisaillement appliquée à l'entrée de l'appareil.

Deuxième exemple de circuit pour travailler en tension alternative

Dans ce circuit, à un niveau de -3 dB, vous pouvez voir la correspondance avec une fréquence de 17 Hz. Sur celui-ci, l'impédance du condensateur s'avère être au niveau de deux kilo-ohms. Le condensateur doit donc être suffisamment grand.

Pour construire un amplificateur AC, vous devez utiliser un type de circuit amplificateur opérationnel non inverseur. Et il doit avoir un gain de tension assez important. Mais le condensateur est peut-être trop gros, il est donc préférable de ne pas l'utiliser. Certes, vous devrez choisir la bonne contrainte de cisaillement, en assimilant sa valeur à zéro. Ou vous pouvez utiliser un diviseur en forme de T et augmenter les valeurs de résistance des deux résistances du circuit.

Quel schéma est-il préférable d’utiliser ?

La plupart des concepteurs préfèrent les amplificateurs non inverseurs car ils ont une impédance d'entrée très élevée. Et ils négligent les circuits de type inverseur. Mais ce dernier a un énorme avantage : il n'exige pas l'amplificateur opérationnel lui-même, qui est son « cœur ».

De plus, ses caractéristiques sont en fait bien meilleures. Et avec l'aide d'une mise à la terre imaginaire, vous pouvez facilement combiner tous les signaux, et ils n'auront aucune influence les uns sur les autres. Un circuit amplificateur CC basé sur un amplificateur opérationnel peut également être utilisé dans les conceptions. Tout dépend des besoins.

Et la dernière chose est le cas si l'ensemble du circuit discuté ici est connecté à la sortie stable d'un autre ampli opérationnel. Dans ce cas, la valeur de l'impédance d'entrée ne joue pas un rôle significatif - au moins 1 kOhm, au moins 10, au moins l'infini. Dans ce cas, la première cascade remplit toujours sa fonction par rapport à la suivante.

Circuit répéteur

Un répéteur basé sur un amplificateur opérationnel fonctionne de la même manière qu'un émetteur construit sur un transistor bipolaire. Et il remplit des fonctions similaires. Il s'agit essentiellement d'un amplificateur non inverseur dans lequel la résistance de la première résistance est infiniment grande et la résistance de la seconde est nulle. Dans ce cas, le gain est égal à l’unité.

Il existe des types spéciaux d'amplificateurs opérationnels qui sont utilisés en technologie uniquement pour les circuits répéteurs. Ils ont de bien meilleures caractéristiques - en règle générale, des performances élevées. Les exemples incluent les amplificateurs opérationnels tels que OPA633, LM310, TL068. Ce dernier possède un corps semblable à un transistor, ainsi que trois bornes. Très souvent, ces amplificateurs sont simplement appelés tampons. Le fait est qu'ils ont les propriétés d'un isolant (impédance d'entrée très élevée et sortie extrêmement faible). Environ le même principe est utilisé pour construire un circuit amplificateur de courant basé sur un amplificateur opérationnel.

Mode actif

Il s'agit essentiellement d'un mode de fonctionnement dans lequel les sorties et entrées de l'amplificateur opérationnel ne sont pas surchargées. Si un signal très important est appliqué à l'entrée du circuit, alors à la sortie, il commencera simplement à se couper en fonction du niveau de tension du collecteur ou de l'émetteur. Mais lorsque la tension de sortie est fixée au niveau de coupure, la tension aux entrées de l'ampli-op ne change pas. Dans ce cas, la plage ne peut pas être supérieure à la tension d'alimentation

La plupart des circuits d'ampli-op sont conçus de telle sorte que cette oscillation soit inférieure de 2 V à la tension d'alimentation. Mais tout dépend du circuit d'amplificateur-op spécifique utilisé. Il existe la même limitation de stabilité basée sur un amplificateur opérationnel.

Disons qu'il y a une certaine chute de tension dans une source avec une charge flottante. Si le courant se déplace dans le sens normal, vous risquez de rencontrer une charge qui semble étrange à première vue. Par exemple, plusieurs batteries à polarisation inversée. Cette conception peut être utilisée pour obtenir un courant de charge direct.

Quelques précautions

Un simple amplificateur de tension basé sur un amplificateur opérationnel (n'importe quel circuit peut être choisi) peut être réalisé littéralement « sur le genou ». Mais vous devrez prendre en compte certaines fonctionnalités. Il est impératif de s'assurer que Retour négatif dans le diagramme. Cela suggère également qu'il est inacceptable de confondre les entrées non inverseuses et inverseuses de l'amplificateur. De plus, une boucle de rétroaction pour le courant continu doit être présente. Sinon, l'ampli-op entrera rapidement en saturation.

La plupart des amplis opérationnels ont une très faible tension différentielle d'entrée. Dans ce cas, la différence maximale entre les entrées non inverseuses et inverseuses peut être limitée à 5 V pour toute connexion de la source d'alimentation. Si cette condition est négligée, des valeurs de courant assez importantes apparaîtront à l'entrée, ce qui entraînera une détérioration de toutes les caractéristiques du circuit.

Le pire dans tout cela est la destruction physique de l’amplificateur opérationnel lui-même. En conséquence, le circuit amplificateur opérationnel cesse complètement de fonctionner.

Devrait être considéré

Et bien sûr, nous devons parler des règles à suivre pour garantir un fonctionnement stable et durable de l'amplificateur opérationnel.

La chose la plus importante est que l'ampli-op ait un gain de tension très élevé. Et si la tension entre les entrées change d'une fraction de millivolt, sa valeur à la sortie peut changer de manière significative. Il est donc important de le savoir : la sortie d'un amplificateur opérationnel essaie de faire en sorte que la différence de tension entre les entrées soit proche (idéalement égale) de zéro.

La deuxième règle est que la consommation de courant de l'amplificateur opérationnel est extrêmement faible, littéralement en nanoampères. Si des transistors à effet de champ sont installés aux entrées, ils sont alors calculés en picoampères. De là, nous pouvons conclure que les entrées ne consomment pas de courant, quel que soit l'amplificateur opérationnel utilisé, le circuit - le principe de fonctionnement reste le même.

Mais il ne faut pas penser que l'ampli-op modifie constamment la tension aux entrées. Physiquement, cela est presque impossible à réaliser, puisqu’il n’y aurait aucune correspondance avec la deuxième règle. Grâce à l'amplificateur opérationnel, l'état de toutes les entrées est évalué. À l'aide d'un circuit de rétroaction externe, la tension est transférée à l'entrée depuis la sortie. Le résultat est que la différence de tension entre les entrées de l’amplificateur opérationnel est nulle.

Notion de rétroaction

Il s’agit d’un concept courant et déjà utilisé au sens large dans tous les domaines technologiques. Tout système de contrôle dispose d'un retour qui compare le signal de sortie et la valeur définie (référence). En fonction de la valeur actuelle, un ajustement se produit dans la direction souhaitée. De plus, le système de contrôle peut être n'importe quoi, même une voiture roulant sur la route.

Le conducteur appuie sur les freins et le retour ici est le début de la décélération. En faisant une analogie avec un exemple aussi simple, vous pouvez mieux comprendre le feedback dans les circuits électroniques. Et un retour négatif est le cas si, lorsque vous appuyez sur la pédale de frein, la voiture accélère.

En électronique, le feedback est le processus au cours duquel un signal est transféré de la sortie à l’entrée. Dans ce cas, le signal à l’entrée est également supprimé. D’une part, ce n’est pas une idée très raisonnable, car de l’extérieur, il peut sembler que le gain sera considérablement réduit. À propos, les fondateurs du développement du feedback en électronique ont reçu de tels retours. Mais il vaut la peine de comprendre plus en détail son influence sur les amplificateurs opérationnels - considérons les circuits pratiques. Et il deviendra clair que cela réduit effectivement légèrement le gain, mais cela permet d'améliorer légèrement d'autres paramètres :

Lisser les caractéristiques de fréquence (les amener au niveau requis).
Permet de prédire le comportement de l'amplificateur.
Capable d'éliminer la non-linéarité et la distorsion du signal.

Plus le feedback est profond (on parle de négatif), moins les caractéristiques en boucle ouverte ont d'influence sur l'amplificateur. Le résultat est que tous ses paramètres dépendent uniquement des propriétés du circuit.

Il convient de prêter attention au fait que tous les amplificateurs opérationnels fonctionnent dans un mode avec un feedback très profond. Et le gain de tension (avec sa boucle ouverte) peut même atteindre plusieurs millions. Par conséquent, le circuit amplificateur amplificateur opérationnel est extrêmement exigeant en termes de respect de tous les paramètres concernant l'alimentation électrique et le niveau du signal d'entrée.

Le contrôleur calcule l'erreur (la différence entre le signal de référence et le signal de retour) et la convertit en une action de contrôle conformément à une certaine opération mathématique.

L'ACS utilise principalement les types de contrôleurs suivants : proportionnel (P), intégral (I) et proportionnel-intégral (PI). Selon le type de signaux convertis, on distingue les régulateurs analogiques et numériques.

Régulateurs analogiques(AR) sont mis en œuvre sur la base d'amplificateurs opérationnels, numérique- basés sur des appareils informatiques spécialisés ou des microprocesseurs. Les contrôleurs analogiques convertissent uniquement les signaux analogiques qui sont des fonctions continues du temps. Lors du passage par l'AP, chaque valeur instantanée d'un signal continu est convertie.

Pour mettre en œuvre l'AR, un amplificateur opérationnel (ampli-op) est connecté selon un circuit amplificateur sommateur avec rétroaction négative. Le type de régulateur et sa fonction de transfert sont déterminés par le circuit de connexion des résistances et des condensateurs dans les circuits à l'entrée et dans le retour de l'ampli-op.

Un contrôleur proportionnel (régulateur P) est implémenté en connectant une résistance d'ampli-op avec une résistance R os au circuit de rétroaction. Ce contrôleur est caractérisé par un coefficient de proportionnalité À , qui peut être supérieur ou inférieur à un.

Un régulateur intégré (régulateur I) est implémenté lorsqu'un condensateur amplificateur opérationnel C est connecté au circuit de rétroaction. Ce type de contrôleur est caractérisé par une constante de temps T.

Un contrôleur proportionnel-intégral (contrôleur PI) est implémenté en connectant une résistance avec une résistance Roc et un condensateur Coc au circuit de rétroaction de l'ampli-op. Un tel régulateur est caractérisé par les paramètres suivants : coefficient de proportionnalité À et constante de temps T.

Pour tous les types de régulateurs, le circuit de mise en œuvre a une résistance d'entrée R 1.

Les schémas de mise en œuvre des régulateurs, la dépendance de la tension à la sortie du régulateur U out sur l'entrée U in et leur représentation graphique, ainsi que les formules pour trouver les paramètres des régulateurs sont donnés dans le tableau 1.

Tableau 1 - Régulateurs

Expliquez à quoi sont destinés les capteurs de courant et quelles exigences s'appliquent à eux. Fournir des schémas fonctionnels d'un entraînement électrique à courant continu avec un capteur de courant de transformateur et un capteur de courant basé sur un shunt.

Les capteurs de courant (CT) sont conçus pour obtenir des informations sur l'intensité et la direction du courant du moteur. Ils sont soumis aux exigences suivantes :

Linéarité des caractéristiques de contrôle dans la plage de 0,1I nom à 5I nom au moins 0,9 ;

Disponibilité d'une isolation galvanique du circuit d'alimentation et du système de contrôle ;

Haute performance.

Le capteur de coordonnées AEP peut être structurellement représenté comme une connexion série d'un transducteur de mesure (MT) et d'un dispositif d'adaptation (CU) (Figure 1). Le transducteur de mesure convertit les coordonnées X dans le signal de tension électrique Et(ou actuel je), proportionnel X. Le dispositif correspondant convertit le signal de sortie Et IP dans le signal de rétroaction u os, dont la taille et la forme satisfont l'ACS.

Figure 1 – Schéma fonctionnel du capteur de coordonnées AEP

Des transformateurs de courant, des enroulements supplémentaires (de compensation) de selfs de lissage, des éléments à effet Hall et des shunts sont utilisés comme transducteurs de mesure dans le DT.

Les capteurs de courant basés sur des shunts sont largement utilisés pour mesurer le courant moteur. Shunter est une résistance à quatre bornes avec une résistance purement active Rw(shunt non inductif), le circuit d'alimentation est connecté aux bornes de courant et le circuit de mesure est connecté aux bornes de potentiel. (Figure 2)

Pour réduire l'effet du shunt sur le passage du courant dans le circuit moteur, sa résistance doit être minimale. La chute de tension nominale aux bornes du shunt est généralement de 75 mV, elle doit donc être amplifiée à l'aide d'un amplificateur. Étant donné que le shunt a une connexion potentielle au circuit d'alimentation, le capteur de courant doit contenir un dispositif d'isolation galvanique (GID). Des transformateurs et des dispositifs optoélectroniques sont utilisés comme tels dispositifs.

Figure 2 – Schéma de circuit pour connecter un capteur de courant basé sur un shunt

Les DT basés sur des transformateurs de courant sont principalement utilisés dans les AED à courant continu pour mesurer le courant des moteurs lorsqu'ils sont alimentés par des redresseurs monophasés et triphasés en pont symétrique. Pour un redresseur monophasé (Figure 3), un transformateur de courant (TA1) est utilisé, et pour un redresseur triphasé, trois transformateurs connectés en étoile sont utilisés. Pour garantir que le mode de fonctionnement des transformateurs de courant est proche du mode court-circuit, leurs enroulements secondaires sont chargés de résistances à faible résistance R CT (0,2...1,0 Ohm). La conversion de la tension alternative des enroulements secondaires est réalisée par le redresseur VD1...VD4.

Figure 2 – Schéma de circuit pour connecter un capteur de courant basé sur un transformateur de courant

13. Fournir un schéma fonctionnel du capteur EMF d'armature, expliquer le principe de son fonctionnement.

Avec de faibles exigences en matière de plage de contrôle de vitesse (jusqu'à 50), le retour EMF est utilisé comme retour principal dans l'entraînement électrique. Le principe de fonctionnement du capteur EMF d'induit est basé sur le calcul de la FEM du moteur.

Le schéma fonctionnel du capteur EMF est présenté à la figure 1.

Figure 1 – Schéma fonctionnel du capteur EMF d'induit

Pour mesurer la tension d'induit, un diviseur est utilisé sur les résistances R2, R3. Pour mesurer le courant d'induit du moteur, un enroulement supplémentaire L1.2 de la self de lissage est utilisé. Tension et moi via un diviseur, le filtre RC et le répéteur A1 sont envoyés à l'additionneur A2. Un signal proportionnel à la chute de tension aux bornes de l'enroulement d'induit est également fourni à l'entrée de l'additionneur A2. R i. ts ∙je je.

Expression de la tension de sortie tu es l'amplificateur A2 pour un fonctionnement en régime permanent a la forme

Où À de – coefficient de transmission du capteur EMF,

e Je suis la force électromotrice d'armature.

Pour obtenir un signal proportionnel à la tension à l'induit du moteur, un diviseur de tension résistif peut également être connecté selon le circuit suivant

Figure 2 – Schéma de connexion du capteur de tension

La tension de sortie du diviseur est

En plus du diviseur, le capteur de tension peut également contenir des dispositifs d'isolation galvanique et

amplificateur.

14. Dessinez un schéma d'un système de contrôle de phase d'impulsion monocanal vertical, expliquez le principe de son fonctionnement à l'aide de chronogrammes.

Pour contrôler les thyristors redresseurs, un système de contrôle de phase impulsionnelle (PPCS) est utilisé, qui remplit les fonctions suivantes :

Déterminer les instants auxquels certains thyristors spécifiques doivent s'ouvrir ; ces instants sont réglés par un signal de commande qui vient de la sortie de l'ACS vers l'entrée du SIFU ;

Formation d'impulsions d'ouverture transmises aux instants requis aux électrodes de commande des thyristors et ayant l'amplitude, la puissance et la durée requises.

Considérons le fonctionnement d'un SIFU monocanal vertical contrôlant les thyristors d'un pont redresseur monophasé (Figure 1).

Figure 1 – Schéma d'un pont redresseur monophasé

Le générateur de tension alternative GPN démarre lorsque la tension C est reçue du synchroniseur (Figure 2). Cela se produit au moment où une tension continue est appliquée aux thyristors, c'est-à-dire aux points de commutation naturels.

Figure 2 – Schéma d’un SIFU monocanal vertical

A partir de la sortie du GPG, la tension en dents de scie est fournie au dispositif de comparaison US, où elle est comparée à la tension de commande U y (Figure 3). Au moment de l'égalité des tensions en dents de scie et de commande, l'unité de commande génère une impulsion qui est envoyée via le distributeur d'impulsions RI au formateur d'impulsions FI1 ou FI2, puis à travers le formateur de sortie VF1 ou VF2 aux thyristors du redresseur. Les pilotes de sortie amplifient les impulsions d'ouverture en puissance et séparent potentiellement le SIFU de la section de puissance. Un comparateur basé sur un amplificateur opérationnel est utilisé comme comparateur.

Figure 3 – Schémas de fonctionnement SIFU

15. Donner un schéma fonctionnel d'un entraînement électrique avec un redresseur triphasé réversible à zéro à commande conjointe et expliquer le principe de son fonctionnement.

Lors du contrôle simultané de jeux de thyristors, des impulsions d'ouverture sont appliquées simultanément aux deux jeux VS1, VS2, VS3 et VS4, VS5, VS6 (Figure 1). Parallèlement, selon le sens de rotation du moteur, un ensemble fonctionne en mode redresseur, et l'autre en mode onduleur. Le courant d'induit circule à travers l'ensemble fonctionnant en mode redresseur.

Figure 1 – Commande conjointe d'ensembles de vannes zéro triphasées

redresseur inverseur

Le système de contrôle du thyristor redresseur contient deux SIFU (SIFU1, SIFU2) et un inverseur analogique A1.

Si VS1, VS2, VS3 fonctionnent en mode redresseur et VS4, VS5, VS6 en mode inverseur, alors le moteur tourne vers l'avant. Si c'est l'inverse, le moteur tourne à l'envers.

Étant donné que des impulsions d'ouverture sont appliquées aux deux ensembles, un circuit fermé de deux phases de l'enroulement secondaire du transformateur TV1 est formé dans le circuit à travers deux vannes ouvertes, par exemple VS1 et VS6.

Dans ce circuit, la somme de la FEM des deux phases de l'enroulement secondaire agit, ce qui est appelé EMF d'égalisation :

Où e 1 , e 2 - FEM rectifiée des ensembles VS1...VS3 et VS4...VS6, respectivement.

EMF égalisateur e ur crée un courant d'égalisation de niveau 1. Par rapport au courant d'égalisation, le transformateur TV1 est en mode court-circuit, parce que les résistances active et inductive du transformateur sont faibles. Par conséquent, pour limiter le courant d'égalisation, des réacteurs d'égalisation L1 et L2 sont inclus dans son circuit d'écoulement.

En plus de l'inclusion de réacteurs d'égalisation, la limitation du courant d'égalisation est obtenue par un contrôle coordonné des ensembles, dans lesquels la composante constante de la FEM d'égalisation EUR est égal à zéro, c'est-à-dire

E ur = E 1 + E 2 = E 0 (cosα 1 +cosα 2) = 0, (1)

Où E1, E2- composantes constantes de l'EMF e 1 et e 2 respectivement ; E 0- composante constante de la force électromotrice rectifiée à α = 0 ; α 1, α 2 - angles d'ouverture des ensembles VS1...VS3 et VS4...VS6.

La condition (1) sera satisfaite lorsque a 1 + a 2 =p. Cette condition est une condition de contrôle coordonné des jeux de thyristors.

La gestion collaborative présente les avantages suivants :

· Les courants d'égalisation assurent l'état conducteur des deux groupes, quelle que soit l'ampleur du courant de charge du moteur et, par conséquent, la linéarité des caractéristiques (il n'y a pas de mode courant intermittent).

· Hautes performances grâce à une disponibilité constante pour l'inversion du courant, qui n'est associée à aucune commutation dans le circuit.

Cependant, avec un contrôle conjoint, il est nécessaire d'installer des réacteurs d'égalisation, ce qui augmente le poids, le coût et les dimensions de l'entraînement électrique. Le flux de courants d'égalisation augmente la charge sur les éléments du circuit de puissance et réduit l'efficacité du redresseur.

16. Dessinez un schéma fonctionnel d'un entraînement électrique avec un redresseur réversible à commande séparée et expliquez le principe de son fonctionnement.

Dans un redresseur réversible à commande séparée, lorsqu'un jeu de thyristors fonctionne en mode redresseur ou onduleur, l'autre jeu est complètement désactivé (les impulsions d'ouverture sont supprimées). En conséquence, il n’y a pas de circuit de courant d’égalisation, ce qui élimine le besoin de réacteurs d’égalisation.

Le schéma fonctionnel d'un entraînement électrique avec un redresseur réversible à commande séparée (RSRU) est illustré à la figure 1. Le fonctionnement du RSRU est assuré par des éléments supplémentaires du système de commande à thyristors : capteur de conductivité de vanne (VCS), dispositif de commutation logique ( LSD), commutateur caractéristique (CH).

Figure 1 – Schéma fonctionnel d'un entraînement électrique avec redresseur réversible

avec commande séparée

Le DPV est conçu pour déterminer l'état (ouvert ou fermé) des thyristors du redresseur et générer un signal sur leur blocage, ce qui équivaut à l'absence de courant dans les ensembles.

L'établissement de santé remplit les fonctions suivantes :

Sélectionne le jeu de vannes requis « Avant » ou « Arrière » (KV « V » ou KV « N ») en fonction du sens requis du courant moteur, spécifié par le signal U 3

Interdit l'apparition d'impulsions d'ouverture simultanément dans les deux jeux de thyristors à l'aide des touches « Avant » (« B ») et « Arrière » (« H ») ;

Interdit de fournir des impulsions d'ouverture au groupe en cours de fonctionnement tant que le courant circule dans le groupe précédemment en fonctionnement ;

Forme une pause temporaire entre le moment de la fermeture de tous les thyristors de l'ensemble précédemment en fonctionnement et le moment de fournir des impulsions d'ouverture à l'ensemble qui commence à fonctionner.

Le commutateur de caractéristique sert à adapter la caractéristique de réglage unipolaire du SIFU α = ƒ(u y) avec le signal d'inversion U y.

L'inversion du moteur commence par un changement du signe de la commande de vitesse, ce qui entraîne un changement du signe de la commande de courant Uc. Cela entraîne une diminution de la tension de commande U y, une augmentation de l'angle d'ouverture α 1 des thyristors du groupe de vannes « Forward », donc une diminution de la FEM E 1 et, in fine, une diminution du courant d'induit à zéro. La fermeture des vannes est enregistrée par la DPV. Lors de la réception d'un signal du DPV, le LPU interdit la fourniture d'impulsions aux thyristors des deux jeux (« B » s'ouvre) et commence simultanément à compter le temps de pause. Après son achèvement, le LPU génère l'autorisation de fournir des impulsions d'ouverture aux thyristors du groupe de vannes « Back » (le « H » est fermé) et de commuter le PH. La commutation du PC entraîne un changement de polarité de la tension de commande U à l'entrée du SIFU. A partir de ce moment, une impulsion d'ouverture d'angle α 2 commence à être fournie au HF « N », assurant le fonctionnement de l'ensemble en mode inverseur. Étant donné que la force électromotrice de rotation est supérieure à E 2, le courant d'induit circule dans la direction opposée. Le moteur passe en mode générateur, effectuant un freinage par récupération.

Un contrôle séparé présente les avantages suivants :

Il n'y a pas de réacteurs d'égalisation, ce qui réduit considérablement les dimensions, le poids et le coût du redresseur réversible ;

Il n'y a pas de courant d'égalisation, ce qui réduit les pertes de puissance dans le redresseur et augmente son efficacité.

Les inconvénients de l'équation divisée sont :

La présence d'un mode courant intermittent, qui nécessite une linéarisation des caractéristiques de contrôle du redresseur ;

Un système de gestion plus complexe en raison de la présence d'établissements de santé, d'établissements de soins de longue durée et d'hôpital psychiatrique ;

La présence d'une pause morte lors du changement d'ensemble.

Donner et décrire des structures fermées d'appareils électroniques construites selon le principe de compensation des perturbations extérieures et le principe de déviation. Dessinez un schéma fonctionnel d'un système de commande esclave à deux circuits pour un entraînement électrique à courant continu et décrivez ses blocs.

Les DE structurels fermés sont construits selon le principe de compensation des perturbations externes et le principe de déviation, également appelé principe de rétroaction.

Considérons le principe de compensation à l'aide de l'exemple de compensation de la perturbation externe la plus caractéristique d'un entraînement électrique : le couple résistant Mc lors de la régulation de sa vitesse ω (Figure 1a).

Figure 1 – Structures fermées des structures électroniques

La principale caractéristique d'une telle structure fermée de l'entraînement électrique est la présence d'un circuit à travers lequel un signal proportionnel au couple de charge est fourni à l'entrée de l'entraînement électrique, ainsi que le signal de réglage de la vitesse Usc.

Um = Km∙Ms, où Km est le coefficient de proportionnalité.

En conséquence, l'entraînement électrique est contrôlé par le signal total U ∆, qui, changeant automatiquement lorsque le couple de charge fluctue, garantit le maintien de la vitesse à un niveau donné. Malgré son efficacité, le contrôle de la transmission électrique utilisant ce schéma est rarement effectué en raison du manque de capteurs de couple de charge simples et fiables.

Par conséquent, dans la plupart des circuits fermés, le principe de déviation est utilisé, caractérisé par la présence d'un circuit de rétroaction reliant la sortie du dispositif électronique à son entrée. DANS dans ce cas Lors de la régulation de la vitesse, un circuit de retour de vitesse est utilisé (Figure 1b), à travers lequel des informations sur la valeur actuelle de la vitesse (signal Uos = Kos∙ ω) sont fournies à l'entrée de l'entraînement électrique, où elles sont soustraites du signal de réglage de la vitesse. Nous. Le contrôle est effectué par un signal de déviation U ∆ =Uзс-Uос (on l'appelle également signal de discordance ou d'erreur), qui, lorsque la vitesse diffère de celle réglée, change automatiquement en conséquence et, à l'aide d'un système de contrôle automatique , élimine ces écarts.

En fonction du type de coordonnées contrôlées, l'ED utilise un retour d'information sur la vitesse, la position, le courant, le flux magnétique, la tension et la FEM.

Système de régulation subordonné.

Pour contrôler le mouvement de l'EUT, il est parfois nécessaire d'ajuster plusieurs coordonnées de l'EP. Par exemple, le courant (couple) et la vitesse. Dans ce cas, les ED fermés sont réalisés selon un schéma avec contrôle de coordonnées subordonné.

Figure 2 – Schéma fonctionnel d'un système de contrôle esclave à deux circuits

Dans ce schéma, la régulation de chaque coordonnée est effectuée par ses propres régulateurs (courant RT et vitesse RS), qui, avec les rétroactions correspondantes avec les coefficients Kost et Koss, forment des boucles fermées. Ces circuits sont disposés de telle sorte que le signal d'entrée (maître) du circuit de courant Uzt soit le signal de sortie du circuit de vitesse qui lui est externe. Ainsi, la boucle de courant interne sera subordonnée à la boucle de vitesse externe - la principale coordonnée réglable de l'entraînement électrique. Le signal U ∆ de la sortie RT est fourni au convertisseur à thyristors TP. Le moteur électrique est représenté par deux parties : électrique (ESM) et mécanique (MCD).

Le principal avantage d'un tel schéma est la possibilité d'ajuster de manière optimale le contrôle de chaque coordonnée. De plus, subordonner la boucle de courant à la boucle de vitesse permet de simplifier le processus de limitation de courant et de couple, pour lequel il suffit de maintenir le signal en sortie du variateur de vitesse (signal de référence) du niveau de courant à le niveau approprié.

Expliquez à quoi sont destinés les convertisseurs de fréquence statiques avec une liaison intermédiaire en courant continu (SFC IDC). Donnez des schémas fonctionnels du PZPT HRC, qui diffèrent par la méthode de régulation de la tension sur le stator IM.

Les HRC PZPT sont conçus pour convertir une tension alternative à amplitude et fréquence constantes en tension alternative à amplitude et fréquence réglables.

Il existe trois types de HRC CRPT selon la méthode de régulation de tension :

1. HRC PZPT avec un redresseur contrôlé

Dans ce circuit, l'amplitude de la tension est régulée à la sortie du redresseur (Figure 1).

Figure 1 - HRC PZPT avec un redresseur contrôlé

CF est un redresseur contrôlé qui convertit l'énergie du courant alternatif en énergie du courant continu.

F – filtre, sert à lisser les ondulations de courant et de tension.

Et – un onduleur, utilisé pour convertir le courant continu en courant alternatif.

SUV – système de contrôle du redresseur.

IMS – système de contrôle de l'onduleur.

FP est un convertisseur fonctionnel, utilisé pour convertir le signal de réglage de fréquence U z. F. dans le signal de réglage de tension U z. toi. en fonction de la loi de contrôle de fréquence mise en œuvre.

Selon le type de filtre F dans le circuit intermédiaire, l'onduleur autonome I est divisé en courant AI et tension AI. Dans une IFC basée sur le courant AI, le filtre est un réacteur L à haute inductance (Figure 2a). Un tel onduleur est une source de courant. Par conséquent, dans ce circuit, l'effet de contrôle sur le moteur est la fréquence et le courant statorique.

Figure 2 - Circuits de filtrage

La tension AI est une source de tension, pour laquelle le filtre, en plus de l'inductance L, contient un condensateur C de grande capacité (figure 2b). L'influence de contrôle sur le moteur dans le système VHF avec tension AI est l'amplitude et la fréquence de la tension.

2. HRC PZPT avec un redresseur non contrôlé et un convertisseur commandé en largeur d'impulsion (PWCC) dans le circuit intermédiaire (Figure 3).

Figure 3 - HRC PZPT avec un redresseur non contrôlé et PSIU

Dans ce cas, la régulation de tension est effectuée dans le PShIU, qui est installé entre le redresseur non contrôlé NV et l'onduleur I. La tension constante non régulée du NV est fournie au PShIU, où elle est régulée en amplitude, convertie en une séquence d'impulsions rectangulaires, filtrées par le filtre Ф et fournies à l'entrée de l'inverseur I.

3. HRC PZPT avec un redresseur non contrôlé et avec modulation de largeur d'impulsion de la tension dans l'onduleur (Figure 4).

Figure 4 - PFC DCPT avec modulation de largeur d'impulsion de tension dans l'onduleur

Dans ce circuit, la régulation de l'amplitude et de la fréquence de la tension est combinée en I. La modulation de largeur d'impulsion est réalisée à l'aide d'un algorithme complexe de commutation de vannes et ne peut être mise en œuvre que dans des convertisseurs avec interrupteurs commandés : avec des transistors de puissance ou avec des thyristors à commutation artificielle.

DISPOSITIFS TYPIQUES DES SYSTÈMES DE CONTRÔLE

Régulateurs

Une fonction importante des systèmes d'automatisation modernes est la régulation de ses coordonnées, c'est-à-dire le maintien des valeurs requises avec la précision nécessaire. Cette fonction est mise en œuvre à l'aide d'un grand nombre d'éléments différents, parmi lesquels les régulateurs revêtent une importance primordiale.

Régulateur effectue la transformation du signal de commande correspondant aux opérations mathématiques requises par les conditions de fonctionnement du système de commande. Les opérations typiques requises incluent les transformations de signal suivantes : proportionnelle, proportionnelle-intégrale, proportionnelle-intégrale-différentielle.

La base du régulateur analogique est un amplificateur opérationnel - un amplificateur à courant continu qui, en l'absence de rétroaction, a un gain élevé. Les amplificateurs opérationnels intégrés sont les plus largement utilisés. Un amplificateur opérationnel est une structure à plusieurs étages dans laquelle on peut distinguer un amplificateur différentiel d'entrée ( DU) avec entrées inverses et directes, amplificateur de tension ( ONU), implémentant un gain élevé, et un amplificateur de puissance ( ESPRIT), fournissant la capacité de charge nécessaire de l'amplificateur opérationnel. Le schéma fonctionnel de l'amplificateur opérationnel est présenté sur la Fig. 4.1. La conception monopuce et de petite taille de l'amplificateur opérationnel garantit une grande stabilité des paramètres, ce qui permet d'obtenir un gain DC élevé. Points dérivés du diagramme Kl, K2, KZ conçu pour connecter des circuits de correction externes qui réduisent le gain aux hautes fréquences et augmentent la stabilité de l'amplificateur avec feedback. Sans circuits de correction, à des fréquences suffisamment élevées, lorsque le décalage de phase accumulé est de 180°, le signe de la rétroaction change, et avec un gain important, l'amplificateur opérationnel s'auto-excite et entre en mode auto-oscillation. En figue. 4.1 les notations suivantes sont utilisées : En haut- tension d'alimentation de l'amplificateur ; U interface utilisateur- tension de commande d'entrée via l'entrée inverse de l'amplificateur ; Tu fais tes valises- tension de commande d'entrée via l'entrée directe de l'amplificateur ; Tu es dehors- tension de sortie de l'amplificateur. Toutes les tensions ci-dessus sont mesurées par rapport au fil commun d'une alimentation bipolaire.

Les circuits de connexion de l'amplificateur opérationnel sont illustrés à la Fig. 4.2. L'étage différentiel de l'amplificateur opérationnel possède deux entrées de commande : directe avec potentiel Tu fais tes valises et inverse avec potentiel U interface utilisateur(Fig. 4.2, UN).

La tension de sortie de l'amplificateur est déterminée par le produit du gain et de la différence de potentiel des entrées de l'amplificateur, c'est-à-dire

U out = k уо (U up - U уу) = k уо U у,

Où ku uo- gain différentiel de l'amplificateur opérationnel ; U y- tension différentielle d'entrée de l'amplificateur, c'est-à-dire la tension entre les entrées directes et inverses. Gain différentiel des amplificateurs opérationnels intégrés en l'absence de feedback.

Par rapport aux tensions d'entrée U vhp Et Tu es là la tension de sortie est déterminée par la différence

U out = k up U in - k ui U in,

où sont les gains directs en intrants k pack et par entrée inverse k ui déterminé par le circuit de commutation de l'amplificateur. Pour le circuit de commutation à entrée directe illustré à la Fig. 4.3, b, le gain est déterminé par la formule

et pour le circuit de commutation d'entrée inverse représenté sur la Fig. 4.3, V, - selon la formule

Pour construire divers circuits régulateurs, un circuit amplificateur opérationnel avec une entrée inverse est généralement utilisé. En règle générale, les régulateurs doivent disposer de plusieurs entrées. Les signaux d'entrée sont fournis au point 1 (Fig. 4.2, V) via des résistances d'entrée individuelles. Les fonctions de transfert requises des régulateurs sont obtenues grâce à des résistances actives-capacitives complexes dans le circuit de rétroaction Z os et dans les circuits d'entrée Z dans. Fonction de transfert du régulateur par rapport à l'une des entrées sans tenir compte de l'inversion de la tension de sortie

. (4.1)

Selon le type de fonction de transfert, l'amplificateur opérationnel peut être considéré comme l'un ou l'autre régulateur fonctionnel. À l'avenir, pour mettre en œuvre des régulateurs, nous considérerons uniquement les circuits de commutation basés sur l'entrée inverse.

Contrôleur proportionnel (contrôleur P) - Il s'agit de l'ampli opérationnel à retour serré illustré sur la Fig. 4.3, UN. Sa fonction de transfert

W(p) = kP, (4.2)

Où kP- coefficient de gain du régulateur P.

Comme il ressort de la fonction de transfert (4.2), dans la bande passante de l'amplificateur opérationnel, la réponse en fréquence d'amplitude logarithmique (LAFC) du régulateur P est parallèle à l'axe des fréquences. w, et la phase est nulle (Fig. 4.3, b).

Contrôleur intégré (régulateur I) est obtenu en incluant un condensateur dans la boucle de rétroaction, comme le montre la Fig. 4.4, UN, tout en intégrant le signal d'entrée et la fonction de transfert du contrôleur

, (4.3)

Où T et = R dans C os- constante d'intégration.

Comme il ressort de (4.3), le déphasage du signal de sortie est égal à - p/ 2, le LFC a une pente de -20 dB/dec, et la réponse en fréquence de phase logarithmique (LPFR) est parallèle à l'axe des fréquences w(Fig. 4.4, b).

Régulateur proportionnel-intégral (régulateur PI ) est obtenu par connexion parallèle des régulateurs P et I, c'est-à-dire

La fonction de transfert (4.4) peut être obtenue sur un amplificateur opérationnel en incluant une réactance active-capacitive dans sa rétroaction Z os (p) = R os (p) + + 1 / (C os p), comme le montre la fig. 4.5, UN.

Alors, conformément à (4.1)

Où T 1 = R os C os; T I = R dans C os; k P = R os / R in.

Les caractéristiques de fréquence logarithmique du contrôleur PI sont présentées sur la Fig. 4.5, b.

Contrôleur différentiel proportionnel (contrôleur PD) est obtenu par connexion parallèle d'un régulateur P et d'un régulateur D différentiel, c'est-à-dire

W PD (p) = k P + T D p = k P (T 1 p+1). (4.5)

La fonction de transfert (4.5) est obtenue en connectant un condensateur à la résistance d'entrée de l'ampli opérationnel, comme le montre la Fig. 4.6, UN. Alors, en tenant compte de (4.1), on a

Où T 1 = R dans C dans; k P = R os / R in.

Les caractéristiques de fréquence logarithmique du contrôleur PD sont présentées sur la Fig. 4.6, b.

Contrôleur proportionnel-intégral-dérivé (contrôleur PID). Ce régulateur est obtenu par connexion parallèle de trois régulateurs - régulateur P, régulateur I et régulateur D. Sa fonction de transfert a la forme

. (4.6)

La fonction de transfert (4.6) peut toujours être mise en œuvre par connexion parallèle d'un contrôleur PD et d'un contrôleur I, qui ont respectivement les fonctions de transfert (4.5) et (4.3). Dans ce cas, le circuit contrôleur PID peut être réalisé à l'aide de trois amplificateurs opérationnels. Le premier amplificateur met en œuvre la fonction d'un régulateur PD (Fig. 4.6, UN), le deuxième amplificateur est la fonction du régulateur I (Fig. 4.4, UN), troisième amplificateur (Fig. 4.3, UN) est la fonction de sommation des signaux de sortie des premier et deuxième amplificateurs.

Si les paramètres kP, T.I. Et T.D. imposer une restriction

alors la fonction de transfert (4.6) peut s'écrire

, (4.7)

Où k P = (T 1 + T 2) / T I; T D = (T 1 T 2) / T I.

Un contrôleur PID avec fonction de transfert (4.7) est une connexion séquentielle d'un contrôleur PD et d'un contrôleur PI et peut être implémenté sur un seul amplificateur opérationnel avec une résistance dans le circuit de rétroaction.

Z os (p) = R os + 1/(C os p)

et résistance dans le circuit d'entrée

Dans ce cas, les constantes de temps du contrôleur T 1 = R dans C dans, T 2 =R os C os, T 0 = R dans C os.

Le circuit du contrôleur PID pour un amplificateur est illustré à la Fig. 4.7, UN, et ses caractéristiques de fréquence logarithmique sur la Fig. 4.7, b.

Les circuits considérés du contrôleur PD et du contrôleur PID ont des condensateurs dans les circuits d'entrée de l'amplificateur, qui, pour les interférences haute fréquence, représentent une résistance proche de zéro. Pour augmenter la stabilité des régulateurs, vous pouvez connecter une résistance supplémentaire avec une petite résistance (au moins un ordre de grandeur inférieure à la capacité du condensateur) en série avec le condensateur.

Les régulateurs, leur travail et implémentations techniques discuté plus en détail dans /1/.

Questions d'auto-test

1. Quelle fonction remplissent les régulateurs des systèmes d'automatisation ?

2. Quelles transformations typiques du signal de commande sont effectuées par les régulateurs des systèmes d'automatisation ?

3. Quelle est la base de la construction de la plupart des régulateurs analogiques modernes ?

4. Quelles sont les principales propriétés des amplificateurs opérationnels ?

5. Quelles sont les coordonnées d'entrée d'un ampli-op typique ?

6. Quelle est la coordonnée de sortie d’un ampli opérationnel typique ?

7. Quels sont les composants inclus dans le circuit fonctionnel d'un amplificateur opérationnel ?

8. Nommez les circuits typiques pour connecter des amplificateurs opérationnels.

9. Quel circuit amplificateur opérationnel typique est habituellement utilisé pour mettre en œuvre des régulateurs ?

10. Donner la fonction de transfert de l'amplificateur opérationnel pour le circuit d'entrée inverseur.

11. Quel élément contient un contrôleur proportionnel dans le circuit de rétroaction d'un amplificateur opérationnel ?

12. Quel élément contient un contrôleur proportionnel dans le circuit d'entrée d'un amplificateur opérationnel ?

13. Donnez la fonction de transfert d'un contrôleur proportionnel.

14. Quelles sont les caractéristiques d'amplitude, de fréquence et de fréquence de phase d'un contrôleur proportionnel ?

15. Quel élément contient un régulateur intégré dans le circuit de rétroaction d'un amplificateur opérationnel ?

16. Quel élément contient un régulateur intégré dans le circuit d'entrée d'un amplificateur opérationnel ?

17. Donner la fonction de transfert du régulateur intégré.

18. Quelle est la pente de la réponse en fréquence d'amplitude logarithmique d'un régulateur intégré ?

19. Quelle est la réponse en fréquence de phase d'un régulateur intégré ?

20. Quels éléments contient le circuit de rétroaction d'un amplificateur opérationnel ?

21. Quel élément contient le circuit d'entrée de l'amplificateur opérationnel du régulateur proportionnel-intégral ?

22. Donner la fonction de transfert d'un contrôleur proportionnel-intégral.

23. Quel élément contient le circuit de rétroaction de l'amplificateur opérationnel du régulateur différentiel proportionnel ?

24. Donner la fonction de transfert d'un contrôleur proportionnel-différentiel.

25. Sous quelles restrictions sur les paramètres d'un contrôleur proportionnel-intégral-dérivé est-il mis en œuvre sur un seul amplificateur opérationnel ?

26. Quels éléments contient le circuit d'entrée d'un contrôleur proportionnel-intégral-dérivé basé sur un seul amplificateur opérationnel ?

27. Quels éléments contient le circuit de rétroaction d'un contrôleur proportionnel-intégral-dérivé basé sur un seul amplificateur opérationnel ?

Contrôleurs d'intensité

Une unité principale typique dans les systèmes de commande d'entraînement électrique et autres systèmes d'automatisation est intégrateur ou contrôleur d'intensité(ZI). La tâche du SI est de former un changement en douceur du signal maître lors du passage d'un niveau à un autre, à savoir de créer une montée et une descente linéaires du signal au taux requis. En régime permanent, la tension à la sortie du générateur d'intensité est égale à la tension à son entrée.

En figue. La figure 4.8 montre un schéma fonctionnel d'un SI à intégration unique, composé de trois amplificateurs opérationnels. Tous les amplificateurs sont connectés selon un circuit avec une entrée inverseuse. Premier amplificateur U1, fonctionnant sans retour, mais avec limitation de la tension de sortie U1, a une caractéristique rectangulaire, qui est représentée sans tenir compte de l'inversion de la tension de sortie sur la Fig. 4.9, UN. Deuxième amplificateur opérationnel U2 fonctionne en intégrateur avec un taux d’intégration constant

(4.8)

Le taux d'intégration peut être ajusté en modifiant Rin2. Troisième amplificateur U3 génère une tension de rétroaction négative

. (4.9)

Lorsqu'une tension de référence est appliquée à l'entrée U z la tension de sortie augmente linéairement selon (4.8). À un moment donné t=tp, Quand U з = - U os, l'intégration s'arrête et la tension de sortie, comme il ressort de (4.9), atteint la valeur , reste inchangé. Lors de la suppression de la tension de réglage de l'entrée ( U z = 0) le processus de réduction linéaire de la tension de sortie à zéro se produit (Fig. 4.9, b).

Le taux de variation de la tension de sortie de ce dispositif de protection, comme suit de (4.8), peut changer soit en modifiant la valeur de la tension U1, par exemple, en sélectionnant des diodes Zener dans le circuit de rétroaction de l'amplificateur U1 avec tension de stabilisation égale à la valeur requise U1, ou en modifiant la valeur du produit R in2 C oc2.

En figue. 4.10, UN Il est représenté un autre circuit d'un SI à intégration unique, réalisé sur la base d'un transistor bipolaire connecté selon un circuit avec une base commune. Ce circuit utilise les propriétés d'un transistor ( T) comme amplificateur de courant. Recharge du condensateur ( AVEC) se produit toujours à un courant de collecteur constant je à, déterminé par le courant d'émetteur donné c'est à dire. Dans ce cas, le taux de variation de tension au fil du temps tu es dehorsà la sortie du ZI | duout/dt| = je à/C. Caractéristiques du contrôle ZI tu es dehors = = f(t) montré sur la fig. 4.10, b. Le taux de changement du signal de sortie peut être ajusté en changeant la tension U e, proportionnellement à laquelle le courant change c'est à dire et, par conséquent, l'actuel je à, ou en changeant la capacité du condensateur. En régime permanent, le condensateur est toujours chargé à la tension tu es dedans. Le pont redresseur assure un sens constant du courant du collecteur du transistor, quel que soit le signe de la tension tu es dedans. Les ZI sont discutés en détail dans /1, 7/.

Questions d'auto-test

1. Dans quel but les contrôleurs d'intensité sont-ils utilisés dans les circuits d'automatisation ?

2. Quelles sont les coordonnées d’entrée et de sortie du générateur d’intensité ?

3. Quel est le gain statique du générateur d'intensité ?

4. Comment la tension à la sortie des générateurs d'intensité à intégration unique devrait-elle changer avec des changements progressifs dans la tension d'entrée ?

5. Sur la base de quels amplificateurs sont construits les contrôleurs d'intensité intégrés ?

6. Combien d'amplificateurs opérationnels, connectés via l'entrée inverse, sont nécessaires pour mettre en œuvre un générateur d'intensité intégrateur unique ?

7. Indiquez le but de chacun des trois amplificateurs opérationnels dans un circuit contrôleur d'intensité à intégration unique typique réalisé sur des microcircuits.

8. Quels paramètres affectent le taux de variation de la tension de sortie d'un générateur d'intensité à intégration unique sur trois amplificateurs opérationnels ?

9. Comment un changement linéaire de la tension aux bornes du condensateur est-il obtenu dans le circuit d'un contrôleur d'intensité à transistor à intégration unique ?

10. Quels paramètres affectent le taux de variation de la tension de sortie d'un contrôleur d'intensité à transistor à intégration unique ?

Éléments correspondants

Les éléments fonctionnels des systèmes de contrôle peuvent être hétérogènes en termes de type de signal, de type de courant, de résistance et de puissance, ainsi que d'autres indicateurs. Par conséquent, lors de la connexion d’éléments, la tâche de coordonner leurs caractéristiques se pose. Ce problème est résolu en faisant correspondre les éléments. Ce groupe d'éléments comprend des détecteurs de phase qui correspondent au type de convertisseurs de courant, numérique-analogique et analogique-numérique qui correspondent au type de signal, des suiveurs d'émetteur, des résistances d'entrée et de sortie correspondantes, des amplificateurs de puissance, des séparateurs galvaniques et d'autres éléments. . La fonction de coordination peut également être assurée par des éléments normalement destinés à d'autres fins. Par exemple, l'amplificateur opérationnel discuté dans la section 4.1 s'avère être un émetteur-suiveur par rapport à une entrée non inverseuse lorsque la tension de sortie est connectée à l'entrée inversée.

Pour la séparation galvanique, par exemple, un capteur de tension de transformateur peut être utilisé. De tels éléments et similaires sont évidents ou connus et ne seront pas pris en compte.

Considérons des éléments de correspondance standard plus complexes.

Détecteur de phase(PD) a reçu un certain nombre d'autres noms dans la littérature scientifique et technique : amplificateur sensible à la phase, redresseur sensible à la phase, discriminateur de phase, démodulateur.

Le but du FD est de convertir la tension alternative d'entrée Tu es dans Tension de sortie V CC Tu es dehors, dont la polarité et l'amplitude dépendent de la phase de la tension d'entrée j. Ainsi, le PD a deux coordonnées d'entrée : l'amplitude de la tension d'entrée U en m et phase de tension d'entrée j et une coordonnée de sortie : la valeur moyenne de la tension de sortie Tu es dehors. Il existe deux modes de fonctionnement PD : le mode amplitude, lorsque la phase de la tension d'entrée reste constante, prenant l'une des deux valeurs 0 ou p, U en m= var et Tu es dehors = f(U en m); mode phase lorsque Tu es dans= const, j= var et Tu es dehors = f(j).

En mode amplitude, le PD est utilisé comme convertisseur d'un signal de discordance CA en signal de commande dans les servomoteurs CC, comme convertisseur du signal de sortie d'un générateur tachymétrique CA, etc. En mode phase, PD est utilisé dans les systèmes de contrôle dans lesquels la variable contrôlée et de contrôle est une phase variant en douceur.

En règle générale, le détecteur de phase n'a pas la fonction d'amplification de tension.

Le gain PD est donc proche de l’unité. En figue. La figure 4.11 montre le circuit équivalent calculé d'un PD pleine onde. Le circuit correspond à un circuit de rectification zéro, dans lequel les vannes sont remplacées par des interrupteurs fonctionnels K1 Et K2. Résistance de charge Rn, sur lequel la tension de sortie est allouée, relie les points médians UN, 0 clés et sources du contrôle des champs électromagnétiques e ou. La résistance interne de la source EMF de contrôle est introduite dans chaque circuit Ry. L'état des clés est contrôlé par l'EMF de référence e op conformément à l'algorithme : pour e op > 0 K1 inclus, c'est-à-dire qu'il

fonction de commutation y k1= 1,une K2 désactivé, c'est-à-dire sa fonction de commutation et k2 = 0. Pour e op< 0 y k1 = 0, UN et k2= 1. Cet algorithme peut être représenté par les formules

y à 1 = (1+signe e op) /2; y à 2 = (1- signe e op) /2 . (4.10)

Évidemment, avec fermé K1 FEM de sortie je suis sorti entre les points UN, 0 égal à e ou, et une fois fermé K2 e sortie = - e y, c'est

e dehors = e y y k1 - e y y k2. (4.11)

Remplacer (4.10) dans (4.11) donne

e out = e y signe e op . (4.12)

Le diagramme des modifications de la FEM de sortie correspondant aux algorithmes (4.11) et (4.12) est présenté dans la figure 4.12.

e op = E op m sinwt Et e y = E y m sin(poids - j),

Où E op m,E ym- les valeurs d'amplitude de la FEM de référence et de la FEM de contrôle ; w est la fréquence angulaire de la FEM de référence et de la FEM de contrôle, puis la valeur moyenne de la FEM de sortie redressée

. (4.13)

Parce que E y m = k p U en m, tension de sortie moyenne , puis en tenant compte de (4.13)

, (4.14)

Où kp- coefficient de transfert de la tension d'entrée à la FEM de contrôle. Il est déterminé par les caractéristiques d'un schéma de circuit PD spécifique.

Pour j= const = 0 ou j= const = p il existe un mode de fonctionnement en amplitude du PD, pour lequel la caractéristique de contrôle est simple :

U sortie = k FD U entrée,

où, compte tenu de (4.14), le gain PD en mode amplitude

À j= 0 valeurs de tension de sortie Tu es dehors sont positifs, et quand j = p les valeurs de tension de sortie sont négatives.

Pour Tu es dans= const et j= var il existe un mode de phase du PD, pour lequel la caractéristique de contrôle a la forme

U out = k " FD cosj = k "FD sinj",

Où j " = p/2 - j, et le coefficient de transmission PD en mode phase en tenant compte de (4.14)

;

Au petit j" caractéristique de contrôle

Le fonctionnement des PD, leurs caractéristiques et leurs schémas de circuit sont abordés dans /1/.

Convertisseurs numérique-analogique(CAD). Le convertisseur fait correspondre la partie numérique du système de contrôle avec la partie analogique. La coordonnée d'entrée du DAC est un nombre binaire multi-bits Un n = un n -1 …un je …un 1 un 0, et la coordonnée de sortie est la tension Tu es dehors, généré en fonction de la tension de référence U op(Fig. 4.13).

Les circuits DAC sont construits sur la base d'une matrice de résistances, à l'aide de laquelle les courants ou les tensions sont additionnés de sorte que la tension de sortie soit proportionnelle au nombre d'entrée. Le DAC se compose de trois parties principales : une matrice de résistances, des commutateurs électroniques contrôlés par le nombre d'entrée et un amplificateur sommateur qui génère la tension de sortie. En figue. La figure 4.14 montre un circuit simple d'un DAC irréversible. Chaque chiffre du nombre binaire d'entrée Un correspond à la résistance

R je = R 0 / 2 je, (4.15)

Où R0- résistance d'ordre inférieur.

Résistance R je se connecte à une alimentation avec une tension de référence U op par clé électronique K je, qui est fermé à un je=1 et ouvert à un je= 0. Évidemment, en fonction de la valeur un je résistance du circuit d'entrée pour je- La ème catégorie prenant en compte (4.15) sera déterminée par l’expression

R je = R 0 /(2 je une je). (4.16)

Puis pour et moi= 0, c'est-à-dire que le circuit est coupé, et pour un je= 1 circuit est allumé et a une résistance R 0 /2 je .

Dans le schéma de la Fig. 4.14 amplificateur opérationnel U fait la somme des courants d'entrée et de sa tension de sortie, en tenant compte de la notation et de l'expression du circuit (4.16)

Expression (4.17) de la forme U dehors = f(A n)- C'est la caractéristique de contrôle du DAC. Il a une forme en escalier avec une discrétion de tension correspondant à l'unité de poids faible,

ΔU 0 = R os U op / R 0 = k DAC.

Ordre de grandeur ΔU 0 est à la fois le coefficient de transfert moyen du DAC k CAD.

Convertisseur analogique-numérique(ADC) résout le problème inverse - convertit une tension d'entrée continue en un nombre, par exemple binaire. Chaque nombre binaire multi-bits de sortie Un je correspond à la plage de changements de tension d'entrée :

, (4.18)

Où U ei = ΔU 0 je- valeur de référence de la tension de sortie correspondant au nombre binaire de sortie Un je; ΔU 0- la discrétion de la tension de sortie, correspondant à l'unité du chiffre le moins significatif du numéro de sortie.

À n CAN -bit nombre total niveaux de tension d'entrée de référence non nuls qui diffèrent les uns des autres par ΔU 0, égal au nombre décimal de sortie maximum N=2n-1. Depuis chaque niveau U e je, d'après (4.18), transporte des informations sur le numéro, puis dans le fonctionnement de l'ADC on peut distinguer les opérations principales : comparaison des tensions d'entrée et de référence, détermination du numéro de niveau, génération du numéro de sortie dans un code donné . Le gain moyen de l'ADC est défini comme l'inverse du gain du DAC correspondant :

k CAN = 1 / ΔU 0.

Ensuite, l'équation de la caractéristique de contrôle ADC peut être écrite sous la forme

La caractéristique de contrôle ADC a une forme échelonnée.

Les circuits de mise en œuvre de l'ADC peuvent être divisés en deux types principaux : l'action parallèle et l'action séquentielle.

Le principal avantage d’un CAN parallèle réside dans ses hautes performances. La conversion de la tension d'entrée analogique en un nombre décimal à plusieurs chiffres se produit en seulement deux cycles d'horloge des éléments du circuit numérique. Le principal inconvénient de ces CAN est le grand nombre de comparateurs analogiques et de bascules dans le circuit, égal à 2 n - 1, ce qui rend les CAN parallèles multibits d'un coût prohibitif.

Des coûts matériels considérablement inférieurs sont requis dans un CAN série. En figue. La figure 4.15 montre un circuit ADC de suivi qui appartient au groupe des circuits séquentiels. Le diagramme utilise des symboles non mentionnés précédemment : GTI- générateur d'impulsions d'horloge, RS- compteur inversé, À- comparateur, R.- registre de sortie. Désignations des éléments logiques ET,OU PAS généralement accepté.

Comparaison Tu es dans Et U e effectuée sur un comparateur analogique combiné à deux sorties : « plus que » (>) et « moins que » (<). ЕслиU dans - U e >ΔU 0/ 2, alors un seul signal apparaît en sortie >, et l'élément Et 1 conduit les impulsions d'horloge à l'entrée de sommation (+1) du compteur/décompteur SR. Le nombre de sorties augmente RS, et augmente en conséquence Euh, DAC généré. Si U dans - U e < ΔU 0 /2 , alors un seul signal apparaît en sortie< , при этом импульсы от генератора тактовых импульсов через элемент ET 2 passer à l'entrée de soustraction (-1) du compteur RS Et U e diminue. Lorsque la condition | U dans - U e | = ΔU 0 /2 sur les deux sorties À les signaux zéro et les éléments sont mis en évidence Et 1 Et ET 2 sont verrouillés pour les impulsions d’horloge. Le compteur arrête de compter, et le nombre restant inchangé à sa sortie apparaît à la sortie du registre R. L'autorisation d'écrire un nombre dans un registre est donnée par un signal à un seul élément OU-PAS, inclus sur deux sorties À. Considérant ce schéma par rapport à Tu es dans Et Euh, on peut établir que l'ADC est un système de contrôle fermé le long de la coordonnée de sortie avec un contrôleur À action de relais. Le système surveille le changement de tension d'entrée avec une précision en régime permanent de ± U 0 /2 et émet un numéro correspondant à la sortie numérique Tu es dedans. Un CAN de suivi ne peut convertir rapidement qu'un changement assez lent de la tension d'entrée.

Le principal inconvénient de l’ADC considéré est ses mauvaises performances. Dans le cas le plus défavorable, lorsque la tension maximale à l'entrée est brusquement réglée, pour produire la valeur de sortie correspondante en code numérique requis 2 n - 1 Beats Certains circuits DAC et ADC et leur fonctionnement sont abordés dans /1/.

Questions d'auto-test

1. Pourquoi les éléments correspondants sont-ils utilisés dans les systèmes d'automatisation ?

2. Quelle transformation est effectuée par un détecteur de phase ?

3. Dans quels modes le détecteur de phase peut-il fonctionner ?

4. Quelles sont les coordonnées d'entrée du détecteur de phase ?

5. Quelle est la coordonnée de sortie d'un détecteur de phase ?

6. Quel est le mode de fonctionnement en amplitude d'un détecteur de phase ?

7. Quel est le mode de fonctionnement de phase d'un détecteur de phase ?

8. À quoi peuvent servir les détecteurs de phase dans les systèmes d'automatisation ?

9. Donner la formule des caractéristiques de contrôle d'un détecteur de phase fonctionnant en mode amplitude.

10. Quelle conversion est effectuée par un convertisseur numérique-analogique ?

11. Quelles sont les coordonnées d'entrée et de sortie d'un convertisseur numérique-analogique ?

12. Quelles sont les principales parties d’un circuit convertisseur numérique-analogique ?

13. Donner des formules pour calculer les caractéristiques de contrôle d'un convertisseur numérique-analogique et son coefficient de transmission moyen.

14. Quel type de caractéristique de contrôle possède un convertisseur numérique-analogique ?

15. Quelle conversion est effectuée par un convertisseur analogique-numérique ?

16. Quelles sont les coordonnées d'entrée et de sortie d'un convertisseur analogique-numérique ?

17. Donner des formules pour calculer les caractéristiques de contrôle d'un convertisseur analogique-numérique et son coefficient de transmission moyen.

18. Quels types de convertisseurs analogique-numérique existe-t-il ?

19. Quels sont les principaux avantages et inconvénients des convertisseurs analogique-numérique parallèles ?

20. Quels sont les principaux avantages et inconvénients des convertisseurs série analogique-numérique ?

21. Pourquoi un convertisseur numérique-analogique est-il utilisé dans un circuit de suivi de convertisseur analogique-numérique ?

22. Quelle est l’erreur de conversion absolue maximale en régime permanent d’un convertisseur analogique-numérique de suivi ?

CAPTEURS

Questions d'auto-test

1. Quelles sont les coordonnées d'entrée et de sortie du capteur d'angle de rotation ?

2. Quelles sont les coordonnées d'entrée et de sortie du capteur d'angle de désalignement ?

3. Dans quels systèmes les capteurs d'angle et les capteurs d'erreur peuvent-ils être utilisés ?

4. Combien d'enroulements et où se trouve le synchro à contact triphasé ?

5. Quelles sont les coordonnées d'entrée et de sortie du selsyn ?

6. Dans quels modes le selsyn peut-il fonctionner ?

7. Quel est le mode de fonctionnement en amplitude d'un synchroniseur ?

8. Quel est le mode de fonctionnement en phase d'un selsyn ?

9. Donner une formule pour calculer les caractéristiques de contrôle d'un synchroniseur en mode de fonctionnement en amplitude.

10. Donnez une formule pour calculer les caractéristiques de contrôle d'un synchroniseur en mode de fonctionnement en phase.

11. Quels facteurs déterminent les erreurs statiques d'un synchroniseur qui faussent ses caractéristiques de contrôle ?

12. Qu'est-ce qui cause l'erreur de vitesse du capteur d'angle rotatif basé sur le selsyn ?

13. Dans quel mode le capteur selsyn et le récepteur selsyn fonctionnent-ils dans le circuit du capteur d'angle de désadaptation si la valeur d'amplitude de la FEM du rotor du récepteur selsyn et la phase de cette FEM sont utilisées comme coordonnées de sortie ?

14. Donner une formule pour calculer les caractéristiques de contrôle d'un capteur de désadaptation basé sur deux synchroniseurs fonctionnant en mode transformateur.

15. Quels sont les principaux inconvénients des capteurs d'angle rotatif basés sur Selsyn ?

16. Dans quel but les réducteurs de mesure sont-ils utilisés à l'entrée des capteurs d'angle de rotation ?

17. Dans quel but les engrenages de mesure élévateurs sont-ils utilisés à l'entrée des capteurs d'angle de rotation ?

18. Comment l'erreur de mesure d'angle change-t-elle lors de l'utilisation d'engrenages de mesure réducteurs ?

19. Quand est-il approprié d'utiliser des capteurs angulaires discrets ?

20. Quels sont les principaux éléments présents dans la conception d'un capteur d'angle de rotation numérique basé sur un disque codé ?

21. Pourquoi la caractéristique de contrôle d'un capteur d'angle de rotation numérique basé sur un disque codé a-t-elle un caractère pas à pas ?

22. Donnez une formule pour calculer l'intervalle discret d'un capteur d'angle de rotation numérique basé sur un disque codé.

23. Donnez une formule pour calculer l'erreur absolue d'un capteur d'angle de rotation numérique basé sur un disque codé.

24. Par quelles mesures de conception la capacité en bits d'un capteur d'angle de rotation numérique basé sur un disque codé peut-elle être augmentée ?

Capteurs de vitesse angulaire

Générateur tachymétrique DC représente Voiture électrique DC avec excitation indépendante ou aimants permanents (Fig. 5.6). Coordonnée d'entrée TG - vitesse angulaire w, tension de sortie Tu es dehors, attribué à la résistance de charge.

E tg = kФw = I(R tg + R n),

Coefficient de transfert TG, V/rad ; k = pN/ (2p a)- constante constructive ; F- flux d'excitation magnétique ; Rtg- résistance du bobinage d'induit et du contact des balais.

Le coefficient de transfert du TG, à proprement parler, ne reste pas constant lorsque la vitesse change en raison de la non-linéarité de la résistance de contact des balais et de la réaction de l'induit. Par conséquent, une certaine non-linéarité est observée dans la caractéristique de contrôle dans les zones à basse et haute vitesse (Fig. 5.6, b). La non-linéarité dans la zone basse vitesse est réduite grâce à l'utilisation de balais métallisés à faible chute de tension. La non-linéarité de la caractéristique due à la réaction d'induit est réduite en limitant la vitesse par le haut et en augmentant la résistance de charge. Lors de la réalisation de ces activités, les caractéristiques de contrôle du TG peuvent être considérées comme presque simples.

Pour simplifier le processus de construction d'un régulateur de courant sur amplificateurs opérationnels, nous transformons son PF (8) comme suit :

(8")

Le premier terme en (8") est le produit des liaisons isodromiques et apériodiques, le deuxième est la liaison apériodique, le troisième est la liaison différenciatrice inertielle. Depuis le cours Electronique vous savez assembler ces liaisons sur des amplificateurs opérationnels.

Figure 10 - Régulateur de courant sur amplificateurs opérationnels

Le circuit, comme on peut le voir, se compose de trois branches parallèles, qui sont fermées par les sorties de l'additionneur inverseur de l'amplificateur opérationnel, de sorte que le signal de sortie toi 2 sera inversé par rapport à l'entrée toi 1 . Si une approbation est nécessaire toi 1 Et toi 2 Il faudra installer un onduleur supplémentaire en sortie de l'additionneur. Cette technique a été appliquée dans la branche médiane du circuit, puisque la liaison apériodique est construite sur un amplificateur opérationnel inverseur. La branche supérieure est responsable du PF
. Le produit des liaisons isodromiques et apériodiques est réalisé en connectant leurs circuits en série sur des amplificateurs opérationnels inverseurs, et comme chaque liaison inverse le signal, il n'est pas nécessaire de faire correspondre l'entrée et la sortie de la branche supérieure. La branche inférieure, qui met en œuvre la liaison dynamique inertielle, n'inverse pas le signal d'entrée.

Calculons les paramètres du circuit. Il est connu que

Ayant demandé R. 1 =R. 3 =R. 5 = R 8 =R. 12 =R. 17 =R. 18 = 500 ohms, R. 13 = 300 ohms, R. 14 = 50 Ohm on obtient ça AVEC 1 ==
= 240 µF, AVEC 2 =AVEC 3 ==
= 10 µF, AVEC 4 =
=
= 40 µF, R. 2 = =
= 380 ohms, R. 4 =R. 6 =R. 9 =R. 10 =R. 11 =R. 16 = 500 ohms, R. 7 = 110 ohms, R. 15 =
= =
= 310 ohms.

2.3AmLahx - un programme pour construire des paramètres asymptotiques et synthétiser des contrôleurs en utilisant la méthode des paramètres souhaités

2.3.1 Informations générales sur le programme

Le programme AmLAHX est conçu pour s'exécuter dans l'environnement MatLab6.0 ou supérieur et offre à l'utilisateur les fonctionnalités suivantes :

dispose d'une interface graphique ;

construit des LFC asymptotiques d'objets dynamiques spécifiés sous forme de fonctions de transfert ;

construit de manière interactive le LFC souhaité d'un système en boucle ouverte selon des critères de qualité spécifiés, notamment, le programme permet à l'utilisateur de sélectionner les sections d'accouplement (leurs pentes) en fonction du type de LFC de l'objet de contrôle ;

fournit une soustraction automatique du LFC du système en boucle ouverte du LFC de l'objet de contrôle et construit ainsi le LFC du contrôleur, renvoie les fréquences conjuguées et les pentes des asymptotes, ce qui permet d'écrire assez facilement sa fonction de transfert en utilisant le LFC du contrôleur (dans les versions ultérieures, le programme le fera automatiquement) ;

Tous les LFC sont tracés indiquant les pentes des asymptotes ; l'utilisateur peut déterminer les couleurs de chaque LFC séparément, ainsi que le format des inscriptions sur les graphiques (épaisseur, hauteur).

2.3.2 Ligne de commande du programme

La ligne de commande complète pour exécuter le programme est :

aaa=amlahx( num,tanière, drapeau, paramètre),

Où num Et tanière- numérateur et dénominateur du PF de l'objet de contrôle, respectivement, num Et tanière doivent être des vecteurs écrits au format MatLab (voir exemple ci-dessous) ;

drapeau- mode de fonctionnement (1 (par défaut) ou 2) ;

paramètre- un vecteur de 6 éléments (chiffres), respectivement 1, 2 et 3 éléments sont l'épaisseur des LFC de l'OU, RS et CU, 4, 5 et 6 sont les couleurs de ces LFC (par défaut, l'épaisseur de tous les LFC est 1, les couleurs sont respectivement rouge, bleu et vert).

AmLAHX sans paramètres cela fonctionne en mode démo, dans ce cas

num= ,tanière = ,drapeau= 2.

Le contrôleur calcule le décalage et le convertit en une action de contrôle conformément à une certaine opération mathématique. VSAU utilise principalement les types de contrôleurs suivants : proportionnel (P), intégral (I), proportionnel-intégral (PI), proportionnel-intégral-dérivé (PID). Selon le type de signaux convertis, on distingue les régulateurs analogiques et numériques. Régulateurs analogiques (AR) sont mis en œuvre sur la base d'amplificateurs opérationnels, numérique - basés sur des appareils informatiques spécialisés ou des microprocesseurs. Les contrôleurs analogiques convertissent uniquement les signaux analogiques qui sont des fonctions continues du temps. Lors du passage par l'AP, chaque valeur instantanée d'un signal continu est convertie.

Lors de l'analyse des régulateurs, nous utiliserons deux hypothèses principales, qui sont satisfaites avec un haut degré de précision pour un ampli opérationnel avec rétroaction négative dans un mode de fonctionnement linéaire :

Tension d'entrée différentielle U l'entrée de l'ampli-op est égale à zéro ;

Les entrées inverseuses et non inverseuses de l'ampli-op ne consomment pas de courant, c'est-à-dire courants d'entrée (Fig. 2.2). Puisque l'entrée non inverseuse est connectée au bus « zéro », alors, selon la première hypothèse, le potentiel φa de l'entrée inverseuse est également nul.

Riz. 2.2. Schéma fonctionnel d'un contrôleur proportionnel

En passant à l'incrément des variables dans l'équation (2.1) et en utilisant la transformée de Laplace, on obtient la fonction de transfert du régulateur P :

Où - Gain proportionnel.

Ainsi, dans le régulateur P, une amplification proportionnelle (multipliée par une constante) du signal d'erreur est réalisée toi course

Le coefficient peut être supérieur ou inférieur à un. En figue. 2.3 montre la dépendance toià = f(t) Régulateur P lorsque le signal d'erreur change toi course

Un régulateur intégré (régulateur I) est implémenté en connectant un condensateur d'ampli-op C à l'ampli-op dans le circuit de rétroaction (Fig. 2.4). Fonction de transfert du contrôleur I

où est la constante d'intégration, s.

Riz. 2.4. Schéma fonctionnel d'un régulateur intégré

Le contrôleur I intègre le signal d'erreur toi course

Un contrôleur proportionnel-intégral (contrôleur PI) est mis en œuvre en incluant une résistance R OU et un condensateur C OU dans la boucle de rétroaction (Fig. 2.6).

Riz. 2.6. Schéma fonctionnel du contrôleur PI

Fonction de transfert du contrôleur PI

est la somme des fonctions de transfert des contrôleurs proportionnels et intégraux. Étant donné que le contrôleur PI possède les propriétés des contrôleurs P et I, il effectue simultanément une amplification et une intégration proportionnelles du signal d'erreur. toi course

Un contrôleur proportionnel-intégral-dérivé (contrôleur PID) est mis en œuvre dans le cas le plus simple en connectant les condensateurs C 3 et C OS dans le contrôleur PI en parallèle avec les résistances R 3 et R OC (Fig. 2.8).

Riz. 2.8. Schéma fonctionnel du contrôleur PID

Fonction de transfert du contrôleur PID

où est le gain proportionnel du contrôleur PID ; - constante de différenciation ; - constante d'intégration ; ; .

La fonction de transfert du régulateur PID est la somme des fonctions de transfert des régulateurs proportionnel, intégral et différentiel. Le contrôleur PID effectue simultanément une amplification proportionnelle, une différenciation et une intégration du signal d'erreur. toi course

17 Question Capteurs de coordonnées AEP.

Schéma fonctionnel du capteur. L'AED (entraînement électrique automatisé) utilise des capteurs pour recevoir des signaux de retour sur des coordonnées contrôlées. Capteur est un dispositif qui informe sur l'état des coordonnées contrôlées du DAE en interagissant avec elle et en convertissant la réaction à cette interaction en signal électrique.

Le DAE contrôle les coordonnées électriques et mécaniques : courant, tension, force électromagnétique, couple, vitesse, déplacement, etc. Pour les mesurer, des capteurs appropriés sont utilisés.

Le capteur de coordonnées AED peut être structurellement représenté comme une connexion en série d'un transducteur de mesure (MT) et d'un dispositif d'adaptation (CU) (Fig. 2.9). Le transducteur de mesure convertit les coordonnées X dans le signal de tension électrique Et(ou actuel je), proportionnelle X . Le dispositif correspondant convertit le signal de sortie Et IP dans le signal de retour toi Système d'exploitation , dont la taille et la forme satisfont les canons automoteurs.

Riz. 2.9. Schéma fonctionnel du capteur de coordonnées AEP

Capteurs de courant. Les capteurs de courant (CT) sont conçus pour obtenir des informations sur l'intensité et la direction du courant du moteur. Ils sont soumis aux exigences suivantes :

Linéarité des caractéristiques de contrôle dans la plage de 0,1I nom à 5 I nom au moins 0,9 ;

Disponibilité d'une isolation galvanique du circuit d'alimentation et du système de contrôle ;

Haute performance.

Les capteurs de courant basés sur des shunts sont largement utilisés pour mesurer le courant moteur. Shunter est une résistance à quatre bornes avec une résistance purement active R. sh (shunt non inductif), le circuit d'alimentation est connecté aux bornes de courant et le circuit de mesure est connecté aux bornes de potentiel.

Selon la loi d'Ohm, la chute de tension aux bornes de la résistance active et=R w je.

Pour réduire l'effet du shunt sur le passage du courant dans le circuit moteur, sa résistance doit être minimale. La chute de tension nominale aux bornes du shunt est généralement de 75 mV, elle doit donc être amplifiée aux valeurs requises (3,0...3,5 V). Étant donné que le shunt a une connexion potentielle avec le circuit d'alimentation, le capteur de courant doit contenir un dispositif d'isolation galvanique. Des transformateurs et des dispositifs optoélectroniques sont utilisés comme tels dispositifs. Le schéma fonctionnel d'un capteur de courant basé sur un shunt est présenté sur la Fig. 2.13.

Riz. 2.13. Schéma fonctionnel d'un capteur de courant basé sur un shunt

Actuellement, les capteurs actuels basés sur Éléments de salle, qui sont constitués d'un matériau semi-conducteur sous la forme d'une fine plaque ou d'un film (Fig. 2.14). En passant courant électrique I X le long de la plaque située perpendiculairement à champ magnétique avec induction DANS, La force électromotrice de Hall est induite dans la plaque e X:

où est un coefficient dépendant des propriétés du matériau et des dimensions de la plaque.

Capteurs de tension. DANS Les diviseurs de tension résistifs sont utilisés comme convertisseur de mesure de tension dans un entraînement électrique (Fig. 2.16).

Riz. 2.16. Schéma fonctionnel d'un capteur de tension

Tension de sortie du diviseur.

Capteurs CEM. Avec de faibles exigences en matière de plage de contrôle de vitesse (jusqu'à 50), le retour EMF est utilisé comme retour principal dans l'entraînement électrique.

Riz. 2.17. Schéma fonctionnel du capteur EMF d'induit

Capteurs de vitesse. Pour obtenir un signal électrique proportionnel à la vitesse angulaire du rotor du moteur, des générateurs tachymétriques et des capteurs de vitesse d'impulsion sont utilisés. Les tachogénérateurs sont utilisés dans les systèmes de contrôle automatique analogiques, ceux à impulsions - dans les systèmes numériques.

Les capteurs de vitesse sont soumis à des exigences strictes concernant la linéarité des caractéristiques de contrôle, la stabilité de la tension de sortie et le niveau de son ondulation, car ils déterminent les paramètres statiques et dynamiques du variateur dans son ensemble.

Les générateurs tachymétriques à courant continu à aimants permanents se sont répandus dans les entraînements électriques. Pour réduire le niveau de pulsations inverses, des générateurs tachymétriques sont intégrés au moteur électrique.

Dans les capteurs de vitesse pulsés, des transducteurs de déplacement pulsés sont utilisés comme transducteur de mesure principal, dans lequel le nombre d'impulsions est proportionnel à l'angle de rotation de l'arbre.

Capteurs de position. DANS Actuellement, les convertisseurs asynchrones et photoélectroniques sont utilisés dans les entraînements électriques pour mesurer le mouvement des pièces mobiles des machines et des mécanismes.

Les transformateurs à induction comprennent les transformateurs rotatifs, les selsyns et les inductosyns. Les inductosynes peuvent être circulaires ou linéaires.

Transformateurs tournants (VT) sont appelées micromachines électriques à courant alternatif qui convertissent l'angle de rotation α en une tension sinusoïdale proportionnelle à cet angle. Dans un système de contrôle automatique, les transformateurs rotatifs sont utilisés comme compteurs de décalage qui enregistrent l'écart du système par rapport à une certaine position spécifiée.

Un transformateur tournant comporte deux enroulements distribués monophasés identiques sur le stator et le rotor, décalés de 90° l'un par rapport à l'autre. La tension de l'enroulement du rotor est supprimée à l'aide de bagues collectrices et de brosses ou à l'aide de transformateurs annulaires.

Le principe de fonctionnement du VT en mode sinusoïdal est basé sur la dépendance de la tension induite dans l'enroulement du rotor par le flux magnétique pulsé du stator sur la position angulaire des axes des enroulements du stator et du rotor.

Selsine est une micromachine électrique à courant alternatif à deux enroulements : excitation et synchronisation. Selon le nombre de phases de l'enroulement d'excitation, on distingue les synchros monophasés et triphasés. L'enroulement de synchronisation est toujours triphasé. Dans les canons automoteurs, les synchronisations sans contact avec transformateur en anneau sont largement utilisées.

Le bobinage de synchronisation d'un synchroniseur sans contact avec transformateur en anneau est situé dans les fentes du stator, le bobinage d'excitation est dans les fentes ou sur les pôles prononcés du rotor du synchroniseur. La particularité du transformateur en anneau est que son enroulement primaire est situé sur le stator et son enroulement secondaire est situé sur le rotor. Les enroulements ont la forme d'anneaux placés dans un système magnétique constitué de noyaux magnétiques annulaires du stator et du rotor, qui sont reliés au rotor par un circuit magnétique interne et au stator par un circuit magnétique externe. Dans les canons automoteurs, les synchroniseurs sont utilisés en modes de rotation d'amplitude et de phase.

Le schéma de circuit pour activer les enroulements synsyn en mode amplitude est illustré à la Fig. 2.19. La coordonnée d'entrée du synchroniseur dans ce mode est l'angle de rotation du rotor τ. La ligne médiane de l'enroulement de phase est prise comme point de référence UN.

Riz. 2.19. Schéma fonctionnel de l'activation des enroulements synsyn en mode amplitude

Le schéma de circuit pour activer les enroulements synsyn en mode déphasage est illustré à la Fig. 2.20. La coordonnée d'entrée du synchroniseur dans ce mode est l'angle de rotation τ et la coordonnée de sortie est la phase φ de la FEM de sortie e par rapport à la tension alternative d'alimentation.

Riz. 2.20. Schéma fonctionnel de la mise sous tension des enroulements synsyn en mode rotation de phase

18 Question Systèmes de contrôle de phase d'impulsion. Principes de contrôle des thyristors.

Dans les redresseurs, les thyristors sont utilisés comme interrupteurs commandés. Pour ouvrir le thyristor, deux conditions doivent être remplies :

Le potentiel anodique doit dépasser le potentiel cathodique ;

Une impulsion d'ouverture (de contrôle) doit être appliquée à l'électrode de commande.

Le moment où une tension positive apparaît entre l'anode et la cathode du thyristor est appelé moment d’ouverture naturelle. La fourniture de l'impulsion d'ouverture peut être retardée par rapport au moment d'ouverture naturelle d'un angle d'ouverture. En conséquence, le début du flux de courant à travers le thyristor entrant en fonctionnement est retardé et la tension du redresseur est régulée.

Pour contrôler les thyristors redresseurs, un système de contrôle de phase impulsionnelle (PPCS) est utilisé, qui remplit les fonctions suivantes :

Déterminer les instants auxquels certains thyristors spécifiques doivent s'ouvrir ; ces instants sont réglés par un signal de commande qui vient de la sortie de l'ACS vers l'entrée du SIFU ;

Formation d'impulsions d'ouverture transmises je aux bons moments aux électrodes de commande des thyristors et ayant l'amplitude, la puissance et la durée requises.

Selon la méthode d'obtention d'un décalage des impulsions d'ouverture par rapport au point d'ouverture naturelle, on distingue les principes de commande horizontale, verticale et intégratrice.

Avec commande horizontale (Fig. 2.28), la tension sinusoïdale alternative de commande toi y est déphasé (horizontalement) par rapport à la tension toi 1, alimentant le redresseur. À un moment donné ωt=α des impulsions de déverrouillage rectangulaires sont formées à partir de la tension de commande U GT . La commande horizontale n'est pratiquement pas utilisée dans les entraînements électriques, en raison de la plage limitée de commande d'angle α (environ 120°).

Avec commande verticale (Fig. 2.29), le moment de fourniture des impulsions d'ouverture est déterminé lorsque la tension de commande est égale toi y (de forme constante) avec une tension de référence variable (verticale). Au moment de l'égalité de tension, des impulsions rectangulaires se forment U gt.

Avec commande intégrée (Fig. 2.30), le moment de fourniture des impulsions d'ouverture est déterminé lorsque la tension alternative de commande est égale et à avec tension de référence constante U o p. Au moment de l'égalité de tension, des impulsions rectangulaires se forment U gt.

Riz. 2.28. Principe de contrôle horizontal

Riz. 2.29. Principe de contrôle vertical

Riz. 14h30. Principe de contrôle intégrateur

Selon la méthode de comptage de l'angle d'ouverture a, les SIFU sont divisés en multicanaux et monocanaux. Dans les SIFU multicanaux, l'angle a pour chaque thyristor redresseur est mesuré dans son propre canal, dans ceux à canal unique - dans un canal pour tous les thyristors. Dans les entraînements électriques industriels, les SIFU multicanaux avec principe de commande vertical sont principalement utilisés.