книги / Типовые узлы на полупроводниковых логических и функциональных элементах серии ЭТ

чивается при подаче сигнала 1 на реостатный вход уси­ лителей. Подключение диодного входа к предыдущему элементу с коллекторным сопротивлением 820 ом позво­ ляет увеличить ток нагрузки сверх номинального на 60—70%.

Усилители ЭТ-УОЗ, ЭТ-У04 и ЭТ-У05 имеют следую­ щие токи нагрузки: ЭТ-УОЗ—420 ма; ЭТ-У04—1,25 а; ЭТ-У05—4,2 а.

Мгновенное значение тока при номинальном напря­ жении питания и смещения не должно превышать ука­ занных выше величин длительно допустимого тока, так как усилители не допускают кратковременной пере­ грузки по току. Повышение питающего напряжения до­ пускается не более 10%.

При работе усилителей на индуктивную нагрузку должна осуществляться защита выходных транзисторов от перенапряжений, возникающих в индуктивности при коммутировании тока нагрузки. Широко распространен­ ный метод защиты с помощью шунтирующего диода приводит к значительному повышению времени отключе­ ния таких исполнительных механизмов, как реле, ма­ гнитных пускателей, контакторов и т. д. В ряде случаев время отключения возрастает в 4—6 раз. Последователь­ ное включение в цепь диода сопротивления, величина которого не превышает сопротивления катушки испол­ нительного механизма, приводит к увеличению времени отключения уже только в 2 раза, но повышает величину напряжения, прикладываемого к выходному транзистору усилителя, кратковременно до (—2Un).

В рекомендуемых схемах (рис. 33) защита транзи­ стора выходного каскада от коммутационных перена­ пряжений производится с помощью сопротивлений и конденсаторов. Такая схема используется ЧЭТНИИ в системах автоматического управления электроприво­ дами. Выбор величины сопротивления и емкости кон­ денсатора зависит от параметров нагрузки и от режимов работы усилителей. Наихудшим считается режим, при котором одновременно отключаются исполнительные механизмы с наибольшим суммарным током управления. Расчеты показывают, что наибольшее быстродействие исполнительных механизмов при допустимом повышении напряжения на выходных транзисторах усилителей имеет место при выборе сопротивления /?= 2 000 ом на

61

один гн* а, а величины емкости С=20 000 мкф на один

гн • а.

При использовании выходных усилителей в систе­ мах промышленной автоматики следует обращать осо­ бое внимание на выбор сечения кабелей, соединяющих катушки исполнительных механизмов с выходными уси-

Рис. 33. Схема защ иты выходных транзисторов уси­ лителей при работе на индуктивную нагрузку.

лителями, а также на сечение общего провода системы, условно называемого «нуль» или «земля». В практике имели место случаи, когда общий провод в сложных системах имел недостаточное сечение и последователь­ но подключался ко всем элементам системы, включая и выходные усилители.

Неправильно осуществленный расчет сечений прово­ дов может привести к отказу системы управления, так как падение напряжения в общем проводе определяется токами нагрузки всех элементов, подключенных к данно­ му источнику питания, в том числе и выходных усилите­ лей. Это приводит к «перекосу» питающих напряжений (уменьшается напряжение —Uu и увеличивается напря­ жение смещения). Перекос тем больше, чем дальше на­ ходится элемент от источника питания. Практически це­ лесообразно вести монтаж цепей питания проводом боль­ шого сечения, а сечение общего провода следует выбирать так, чтобы падение напряжения в нем при наибольшем токе не превышало 0,1—0,3 в. При наличии в системах выходных усилителей для разводки общего провода используют медную шинку необходимого сече­ ния.

62

Приведенные ранее технические характеристики усй* лителей типов ЭТ-У показывают, что они могут работать только с исполнительными механизмами постоянного то­ ка, имеющими напряжение не выше 24 в. Так как в про­ мышленных установках используется, как правило, пере­ менный ток напряжением 380/220 в, то для питания транзисторных систем и усилителей серии ЭТ приме­ няются специальные блоки питания типов ЭТ-П160— ЭТ-П-500. Блоки рассчитаны на одновременное подклю­ чение до нескольких десятков усилителей. Естественно, что усилители должны устанавливаться вблизи блоков питания, чтобы избежать увеличения сечения проводов. Поэтому установка группы выходных усилителей не­ посредственно у исполнительных механизмов не может рекомендоваться. Передача значительной мощности при низком напряжении требует увеличения сечения кабелей и вызывает повышенное падение напряжения в прово­ дах. Поэтому целесообразно рассмотреть случаи сов­ местной работы логических и функциональных элемен­ тов ЭТ с другими типами выходных бесконтактных устройств, например выполненных на базе магнитных усилителей или тиристоров.

Для работы с исполнительными механизмами пере­ менного и постоянного тока предназначены серийно вы­ пускаемые Калининским заводом электроаппаратуры выходные магнитные усилители типов ВУМ и ВУМ-П. Усилители ВУМ и ВУМ-П первоначально использовались совместно с магнитными логическими элементами типа ЭЛМ, но они могут быть также использованы и в каче­ стве выходных усилителей в системах автоматики, по­ строенных на элементах серии ЭТ.

Для работы усилителя ВУМ требуется входной сиг­ нал постоянного тока напряжением 3 в при токе около 30 ма. Величина такого сигнала может быть получена при включении перед ВУМ усилителя согласования ЭТ-У01.

Схемы включения ВУМ и ВУМ-П на выходе усили­ телей согласования ЭТ-У01 приведены на рис. 34,а и б.

Выходные усилители ВУМ обеспечивают включение исполнительных механизмов переменного тока напряже­ нием до 127 в, мощностью до 350 ва. В настоящее вре­ мя выпускается 3 типа усилителя: ВУМ-3-21—ВУМ-5-21 *на напряжение сети 220 в. При использовании ВУМ не

63

о>

4^

Рис. 34. Схема работы магнитных усилителей от усилителей согласования ЭТ-У01.

требуется каких-либо специализированных блоков пита­ ния, что является их достоинством.

Усилители ВУМ могут быть установлены в непосред­ ственной близости к исполнительным механизмам.

Недостатком усилителей ВУМ-П, что сильно ограни­ чивает их область применения, является незначительная выходная мощность (всего 30 вт) и мало распростра­ ненные уровни напряжения силовой сети 36 и 127 в. На­ пряжение 127 в, являясь стандартным промышленным напряжением, в последнее время используется практи­ чески все реже; то же самое относится и к напряжению 36 в. Выбранные уровни напряжений затрудняют исполь­ зование ВУМ-П, так как требуется применение еще до­ полнительно трансформаторов 220/127 или 220/36 в.

Так как усилители ВУМ первоначально использова­ лись только с магнитными логическими элементами ЭЛМ, то в качестве напряжения смещения ВУМ и ВУМ-П было принято напряжение +20 и —20 в, получаемое от блоков питания логических элементов ЭЛМ-100Т. Таким образом, для обеспечения нормальной работы усилите­ лей ВУМ и ВУМ-П необходимо использовать для пита­ ния цепей смещения либо блок питания ЭЛМ-ЮОТ, либо независимые источники. Естественно, что это тоже су­ щественно снижает эффективность применения усилите­ лей ВУМ и ВУМ-П.

При выборе типа выходных устройств, схемы его включения и места установки следует учитывать и такие факторы, как стоимость, вес и габариты. Магнитные выходные усилители, стоимость которых еще высока, имеют к тому же весьма значительные габариты и вес до 4,0 кг (ВУМ-П, мощности 30 вт), в то время как уси­ литель ЭТ-У05 имеет вес около 500 гу а мощность на­ грузки— до 100 вт.

На практике имеют место случаи использования раз­ личных исполнительных механизмов систем автоматики с мощностью управления в сотни ватт и до десятков ки­ ловатт. По условиям работы оборудования во многих случаях целесообразно применение бесконтактного управления. В настоящее время могут быть рекомендо­ ваны схемы, обеспечивающие включение исполнительных механизмов указанной мощности от логической части системы управления, выполненной на элементах серии ЭТ. Для этих целей могут быть использованы серийные

Магнитные усилители типов УМ-1П и УМ-ЗП. Схемы включения магнитного усилителя при однофазной и трехфазной нагрузке, а также при работе на нагрузку постоянного тока показаны на рис. 35 и 36. Усилители серии УМ-1П и УМ-ЗП допускают подключение к сило­

предусилителя с включением в цепь его нагрузки обмотки управления магнитным усилителем. Для мёйее мощных типов магнитных усилителей могут быть исполь­ зованы и другие типы усилителей ЭТ-У.

По схемам, аналогичным рассмотренным выше, мо­ жет осуществляться управление двигателями электриче-

66

ских исполнительных механизмов типов БИМ-25, МЭО-63/ОО, МЭО-160/250, МЭО-400, МЭО-ЮОО и рядом других, в которых применено бесконтактное управление реверсивным двигателем с помощью дросселей насыще-

Рис. 36. 'Схема управления трехфазны м магнитным усилителем (МУ) с помощью элемента ЭТ-У05.

а — МУ с выходом на переменном токе; б — МУ с выходом на постоян­

ном токе.

ния БДН-21 или магнитных усилителей типов МУ-2, МУ-3, МУ-5. Указанные исполнительные механизмы, вы­ пускаемые Челябинским заводом «Теплоприбор» и Че­ боксарским заводом электрических исполнительных ме* ханизмов, обеспечивают крутящий момент на валу до 650 кГ»м. При этом управление двигателем осуще­ ствляется бесконтактно. Мощность управления не пре-

вышает 3 вт при сопротивлении обмотки управления 190 ом. Таким обрао,м, возможно управление исполни­ тельным механизмом от элементов ЭТ-У02, которые при­ меняются как .предварительные усилители. Сравнение стоимости бесконтактного исполнительного механизма со стоимостью того же механизма при использовании для управления двигателем магнитных пускателей при^ водит к выводу о целесообразности широкого применения бесконтактных схем, так как стоимость бесконтактного механизма не более чем на 10% выше стоимости магнит­ ных пускателей.

Таким образом, при разработке транзисторных си­ стем автоматики можно строить выходную часть систем как на транзисторных, так и на магнитных выходных усилителях мощности. Создание таких гибридных схем в ряде случаев технически и экономически целесообраз­ но. При сравнении вариантов выполнения необходимо проводить оценки не только .с точки зрения технических параметров, но и с экономической точки зрения. В этой связи уместно указать, что в прошедшие годы стремле­ ние выполнить систему автоматики целиком на бескон­ тактных элементах приводило иногда к экономически не­ целесообразным решениям. В настоящее время союзной промышленностью освоены некоторые типы реле, которые по своим техническим данным могут при определенных условиях успешно конкурировать с выходными бескон­ тактными устройствами, а их габариты, вес и стоимость намного ниже последних.

В заключение необходимо отметить, что серийно вы­ пускаемые отечественной промышленностью кремниевые управляемые вентили-тиристоры позволяют по-новому решать вопросы конструирования бесконтактных выход­ ных устройств систем автоматического управления. В на­ стоящее время выполнен ряд разработок, подтверждаю­ щих возможность управления выходными устройствами на тиристорах от элементов ЭТ. При этом в зависимости от выбранных типов тиристоров и схемы их соединения ток нагрузки может достигать сотни ампер при напря­ жении постоянного или переменного тока 220, 380, 440 в и даже более. Однакр применение тиристоров ограничи­ вается пока их высокой стоимостью. Предварительные расчеты показывают, что в настоящее время целесооб­ разным с экономической точки зрения для промышлен­

68

ных установок является применение тиристоров в (систе­ мах управления и регулирования при установленной мощности только выше 10 кет.

7. ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭТ ВО ВХОДНЫХ ЦЕПЯХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Функциональные элементы серии ЭТ в системах про­ мышленной автоматики могут применяться во входных цепях в качестве дискриминаторов уровня напряжений, нуль-индикатора напряжений, согласующий схемы, огра­ ничителя помех и т. д.

Ниже будут рассмотрены схемы практического ис­ пользования функциональных элементов ЭТ во входных цепях.

1. Дискриминатор уровня напряжения постоянного тока обеспечивает появление дискретного выходного сиг­ нала при плавном изменении входного напряжения по­ стоянного тока до заданной величины. Функции дискри­ минатора выполняются элементом ЭТ-Ф02. Кроме того, элемент ЭТ-Ф02 может использоваться и как формиро­ ватель входного сигнала, если по каким-либо причинам длительность нарастающих и спадающих фронтов вход­ ных сигналов недопустимо велика [Л. 1].

2. Дискриминатор уровня напряжения переменного тока обеспечивает появление дискретного сигнала при плавном изменении входного напряжения переменного тока до заданной величины. При этом также использует­ ся элемент ЭТ-Ф02, но включенный после выпрямителя и сглаживающего фильтра. Параметры сглаживающего фильтра должны обеспечивать при напряжении срабаты­ вания коэффициент пульсаций не более 5% и ток на­ грузки 2 ма.

3. Нуль-индикатор изменяющегося напряжения по­ стоянного тока осуществляет (сравнение одного из напря­ жений с другим, принятым за эталонное. В отличие от дискриминатора уровня, на входе которого подается только одно напряжение и срабатывание происходит при определенных значениях входного напряжения, нуль-ин­ дикатор сравнивает уровни двух изменяющихся напря­ жений. При этом в общем случае не задается определен­ ный уровень (Срабатывания компаратора, а определяются

69

с помощью элемента ЭТ-ФОЗ (нуль-органа). Принятая схема элемента не допускает непосредственного сочета­

коммутации сигналов во входной цепи 220 в. При этом во входной цепи переменного тока ЭТ-Ф01 могут быть использованы контактные переключатели.

5. Согласующий элемент ЭТ-Ф01, реагирующий на сигналы постоянного тока при отсутствии гальванической связи источника сигнала с системой, обеспечивает пода­ чу стандартного входного сигнала на элементы ЭТ при коммутации сигнала в цепи постоянного тока .напряже­ нием 220 или ПО в, а также при коммутации в цепи по­ стоянного тока напряжением 12 в. При использовании для переключения во входных цепях постоянного тока реле рекомендуется напряжение 110 или 220 в.

6. Элемент связи, обеспечивающий передачу команд от одного элемента другому при отсутствии гальваниче­ ской связи между элементами. В этом случае исполь­ зуется элемент ЭТ-Ф01, реагирующий на сигнал постоян­ ного тока 12 в.

7. Фильтр внешних помех обеспечивает снижение уровня помехи, наводимой во входных цепях при комму­ тации значительных токов в устройствах, расположен­ ных в непосредственной близости от линий связи, соеди-

70