8712

Виконавчі пристрої

Контрольная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Виконавчі пристрої План 4.1. Пристрої комутації на оптопарах 4.2. Пристрої комутації на транзисторах 4.3. Пристрої керування світлодіодами 4.4. Твердотільні реле 4.5. Крокові двигуни Виконавчий пристрій чи механізм (actuator) перетворює електричну е...

Украинкский

2013-02-17

63.5 KB

9 чел.

Виконавчі пристрої

План

4.1. Пристрої комутації на оптопарах

4.2. Пристрої комутації на транзисторах

4.3. Пристрої керування світлодіодами

4.4. Твердотільні реле

4.5. Крокові двигуни

Виконавчий пристрій чи механізм (actuator) перетворює електричну енергію в механічну чи в фізичну величину для впливу на керуючий процес. Електродвигуни, керуючі “суглобами” промислового робота, і являються виконавчими механізмами. В хімічних процесах кінцевими керуючими елементами можуть бути клапани, які задають витрати реагентів. Треба підкреслити що виконавчі пристрої як правило опосередковано впливають на змінні фізичних процесів, що вимірюються датчиками. Наприклад датчики вимірюють температуру, координати чи хімічну концентрацію, а виконавчі пристрої керують підводом тепла, рухом чи потоком початкових реагентів.

В складі виконавчого пристрою можна виділити дві частини (рис. 1): по перше, перетворювач (transducer) і/чи підсилювач (amplifier), по друге, силовий перетворювач (converter) і/чи виконавчий механізм (actuator). Перетворювач перетворює вхідний сигнал в механічну чи фізичну величину. Наприклад електродвигун перетворює електричну енергію в обертовий рух. Підсилювач змінює малопотужний керуючий сигнал, отриманий з вихідного інтерфейсу комп’ютеру, до значення, здатного привести і дію перетворювач. В деяких випадках підсилювач і перетворювач конструктивно складає одне ціле. Таким чином, деякі кінцеві керуючі елементи можуть представляти собою самостійну систему керування – вихідний сигнал комп’ютера являється опорним значенням для кінцевого керуючого елемента.

4.1. Пристрої комутації на оптопарах

Цифрові інтегральні мікросхеми, як правило, не здатні генерувати великий струм для керування зовнішніми пристроями. У таких системах потрібні потужні виконавчі пристрої, зокрема оптопари.

Оптопари можна використовувати для керування приладами з малими значеннями струмів, що потребують гальванічної розв’язки. Максимальний робочий струм обмежений характеристиками фототранзисторів. Наприклад, оптопари Дарлінгтона серії PC815 (Sharp, RS175-178) мають максимальне значення вихідного струму 80 мА, достатнє для керування слобострумними реле, які, в свою чергу, здатні працювати з більш потужними приладами. Оптопари Дарлінгтона серії PS2502 (NEC, RS590-424, RS590-430) підтримують струми до 160 мА.

Коефіцієнт передачі оптопар звичайно досягає 2000%. Керуюча світлодіодом напруга рівна 1,1 В, максимальний робочий струм – 80 мА. Максимальна напруга між колектором і емітером фототранзистора складає 40 В, а час насичення – 100 мкс.

4.2. Пристрої комутації на транзисторах

Транзисторні пристрої комутації відносяться до простих і економічних, зокрема в цих цілях використовують n-p-n транзистори BC108C, ZTX300, які мають максимальне значення струму колектора 100 мА і 500 мА з максимальним рівнем потужності в 300 і 500 МВт. Максимальна напруга між колектором і емітером дорівнює 20 В для ВС108С і 25 В для ZTX300. Максимальна робоча частота – відповідно 300 і 150 МГц. При роботі на індуктивне навантаження, таке як реле або електродвигун, слід використовувати захисні діоди; при роботі на активне навантаження їх використовувати не обов’язково.

Пристрій комутації на базі потужного транзистора Дарлінгтона  ТІР122 або ТІР142 керує напругами до 100 В і струмами до 5 А. Максимальна потужність, яка розсіюється – 65 Вт. Транзистори Дарлінгтона відкриваються при напрузі 1,2 В між базою і колектором й можуть підсилювати струм в 5000 разів. Відповідно, напруга на базі, що перевищує 1,2 В, викликає режим насичення транзистора. База з’єднується з ТТЛ входом через резистор. ТІР142 функціонує при колекторному струмі 10 А. Максимальна робоча частота транзисторів дорівнює 5 МГц. Для індуктивного навантаження використовуються захисні діоди.

Пристрої комутації на польових транзисторів. Схема на базі польових МОН транзисторів VN10KM або VN66AF. Щоб МОН транзистор відкрився, на нього необхідно подати пряму напругу зміщення порядку 0,8 В. Пряме зміщення порядку 5 В суттєво впливає на провідність. Оскільки вхідний опір пристрою на польовому транзисторі дуже високий, тому з’єднати його напряму з вихідним портом комп’ютера неможливо. Тому таким пристроєм потрібно керувати через резистор. VN10KM витримує максимальну напругу 60 В і струм 310 мА, VN66AF працює при максимальній напрузі 60 В і струмі 2 А. Час насичення – приблизно 15 нс.

4.3. Пристрої керування світлодіодами

Світлодіод використовується для сигналізації та індикації. Стандартні світлодіоди споживають струм від 10 до 20 мА при напрузі 2В.

Рис. 2. Схема керування світлодіодами на базі транзистора ZTX300.

4.4. Твердотільні реле

Твердотільні напівпровідникові прилади (solid-state semiconductor) застосовуються для переключень великих потужностей, так як не мають багатьох недоліків реле. Твердотільний вимикач має керуючий вхід, що приєднаний до пристрою керування. Твердотільні силові вимикачі можуть приводитися в дію безпосередньо вихідними сигналами ланцюгів цифрової логіки, цьому їх доволі просто використовувати в комп’ютерному керуванні.

Різні типи керуючих вимикачів використовуються для комутації малих та середніх потужностей. Інтегральні схеми з транзисторним можна використовувати до напруги порядку 80 В і струмів до 1.5 А; такі схеми керуються вихідними сигналами комп’ютера. Коли рівень вихідного сигналу комп’ютера переважає 2.4 В, струм, що керує електронним вимикачем, протікає через виконавчий механізм, а коли рівень сигналу менший за 0.4 В, транзистор закритий і струм не протікає. В такій конфігурації транзистор працює як простий насичуємий підсилювач.

При керування великими потужностями (>100 Вт) між виходом комп’ютера і електронним вимикачем не повинно бути прямих електричних зв’язків, в іншому випадку вимикач являється джерелом завад, які можуть вплинути на роботу комп’ютера. Крім того, при пробої вимикача висока напруга, що призначалася для живлення приводу, може пошкодити комп’ютер через прямий електричний зв'язок. Щоб уникнути вказаних проблем, необхідна гальванічна розв’язка, наприклад схема з використання оптичної передачі сигналу керування, що включає світлодіод і фоторезистор, розміщені поблизу одне від одного і тим самим виключаючи прямий електричний контакт.

Важливий клас напівпровідникових вимикачів – тиристори. Типовими представниками цього класу являються симетричний тріодний тиристор, чи симістор (TRIode AC semiconductor – Triacs), і одноопераційний тріодний тиристор, чи одно операційний триністор (Silicon-Controlled Rectifier – SCR). Інша назва цих напівпровідникових приладів – керуємі твердотільні випрямлячі (solid-state controlled rectifiers).

Після того як тиристор, увімкнений керуючим імпульсом, “підпалюється”, він буде залишатися увімкненим до тих пір, поки через нього протікає струм. Іншими словами, у відмінності від силового чи польового транзистора тиристор не вимикається, коли зникає керуючий сигнал. Тиристор не вимикається, навіть якщо прикладена напруга падає до нуля. Вимикання відбувається лише в тому випадку, якщо керуюча напруга міняє знак – вимушена комутація. Тиристори частіш за все використовуються для відімкнення змінних струмів, тому що зміна полярності через однакові проміжки часу, у всякому випадку один раз за період, дозволяє погасити тиристор при відсутності керуючого імпульсу – природна комутація.

Тиристори можуть керувати значно більшими потужностями, чим силові чи польові транзистори. В провідному стані внутрішній опір тиристора практично рівний нулю, відповідно, падіння напруги і виділення тепла мінімальні, і ними можна знехтувати.

4.5. Крокові двигуни

Крокові двигуни (stepping motors) являються приводними виконавчими механізмами, що забезпечують фіксовані кутові переміщення (кроки). Кожна зміна кута повороту ротору – це реакція крокового двигуна на вхідний імпульс, оскільки кожен крок двигуна відповідає визначеному куту повороту ротора, а переміщення строго задане керуючими імпульсами, то керувати позиціюванням і швидкістю обертання дуже просто. Це однак справедливо якщо не один крок не був пропущеним, тобто положення ротора повністю визначене вхідними імпульсами. В цьому випадку нема необхідності в оберненому зв’язку по куту повороту ротора – розімкнутий контур керування. В умовах перехідного процесу за моментом, близького до номінального, частина імпульсів може бути пропущена. Якщо кроковому двигуну приходиться працювати в таких умовах, необхідно передбачувати контур зворотного зв’язку для компенсації похибок.

Переваги крокових двигунів:

  •  висока точність, навіть у розімкнутій структурі керування, тобто без датчика кута повороту;
  •  природна інтеграція з додатками цифрового керування;
  •  відсутність механічних комутаторів, які часто утворюють проблеми в двигунах інших типів.

Недоліки крокових двигунів:

  •  малий обертовий момент у порівнянні з двигунами приводів безперервного типу;
  •  обмежена швидкість;
  •  високий рівень вібрувань через стрибкоподібний рух;
  •  великі похибки і коливання при втраті імпульсів в системах з розімкнутим контуром керування.

Література

  1.  Ан П. Сопряжение ПК с внешними устройствами. – М.: ДМК Пресс, 2001. – 320 с.
  2.  Бабич М.П. Жуков І.А. Комп’ютерна схемотехніка: Навчальний посібник. – К.: МК-Пресс, 2004. – 412 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

66676. АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ ЭНГЕЛЬГАРДТ 94.68 KB
  Годы жизни Александра Николаевича Энгельгардта (1832-1893) практически совпали с годами жизни его тезки, императора Александра II Николаевича Романова (1818-1881). Это время отмечено многими преобразованиями как во внешней политике страны, так и в ее внутренней общественной жизни...
66677. Объекты медицинского предназначения: необходимо совершенствовать охрану 83 KB
  Возможности, продемонстрированные в свое время молекулярной биологией, привели к рождению нового направления в медицине – медицинской химии. В настоящее время медицинскую химию можно считать уже сложившейся областью. Основой для нее стала, как известно, комбинаторная химия.
66678. Александр II. Предпосылки либеральных реформ. Отмена крепостного права 36.5 KB
  Преобразования охватили три основные сферы социально-экономическую освобождение крестьян и попытку решения аграрного вопроса политическую введение местного самоуправления реформу суда и армии культурно-образовательную реформу школ университетов и цензуры.
66679. Задания муниципального этапа всероссийской олимпиады школьников по математике, решения задач 503.5 KB
  Почти у всех задач критерии написаны на основании «приведенного» к задаче решения. В случае «другого» решения нужно выработать другие критерии в соответствии с общими требованиями к критериям, которые помещены в конце брошюры.
66680. Жизнь и научная деятельность Натальи Ивановны Базилевич 136.45 KB
  Существует такое неофициальное, но очень почетное в профессиональных кругах звание - рыцарь науки. Его удостаиваются те, кто беззаветно служил избранному делу, посвятив свою жизнь исследованиям и добившиеся в этом деле выдающихся результатов. Бесспорно, таким рыцарем науки была Наталья Ивановна Базилевич.
66681. РАБОТА СО СПИСКАМИ ИЛИ БД 3.74 MB
  Excel может работать как с простыми и небольшими по размерам, так и с более сложными и занимающими большой объём дискового пространства базами данных (БД). В Excel БД это просто список, состоящий из одного или более столбцов.
66682. НАУКА І ТЕХНІКА ХУІІ-ХІХ СТОЛІТЬ 41.3 KB
  Розвиток матеріального виробництва стає тісно пов'язаний з досягненнями науки і використанням її результатів у практичному житті людей. На форми останніх впливали і особливості мануфактурного виробництва і наукова революція і зміни що виявлялись у самій техніці.