ТЕХНІЧНІ ЗАСОБИ ЗАМКНЕНИХ СХЕМ УПРАВЛІННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДА

Сучасні замкнені системи керування ЕП реалізуються, як правило, на основі напівпровідникових елементів і пристроїв, що відрізняються при правильному їхньому виборі й використанні широкими функціональними можливостями керування, автоматизації й діагностики, надійністю в експлуатації, високим КПД і відносно невисокою вартістю. У той же час підключення елементів ЕП до джерел живлення, деякі види захистів і сигналізації здійснюються в цих системах за допомогою розглянутих вище електричних апаратів з ручним і електромагнітним керуванням.

Силова частина замкнених ЕП реалізується на основі того або іншого перетворювача - випрямляча, інвертора, перетворювача частоти, регулятора напруги постійного або змінного токи. У цих перетворювачах використовуються діоди, тиристори, транзистори й різні модулі (інтегровані пристрої) на їхній основі.

Діоди (некеровані вентилі) застосовуються в схемах некерованих випрямлячів і випускаються на струми до декількох кілоамперів і напруги до декількох кіловольтів. Випускаються також і діодні модулі, що представляють собою з'єднані в одному корпусі за певною схемою два або більш діода.

Тиристори (керовані діоди) використовуються у всіх видах перетворювачів. Застосування знаходять також діодні тиристори (діністори), що включаються імпульсом прямої напруги, симетричні тиристори або сіммістори (англ. TRIAC), еквівалентні двом паралельно включеним тиристорам, оптотиристори, керовані світловим потоком, швидкодіючі високочастотні тиристори й ін. Поряд із цими неповноекрованими тиристорами, які закриваються після зняття керуючого сигналу тільки при зміні полярності напруги на аноді, у перетворювачах знаходять застосування й повністю керовані тиристори, позначувані в технічній літературі як GTO. Вимикання (закриття) таких тиристорів проводиться подачею на їхній керуючий електрод імпульсу негативного струму керування.

Потужні тиристори розраховані на робочі струми до декількох кілоампер і напруги до декількох кіловольтів. Випускаються також тиристорні й тиристорно-діодні модулі в різнім виконанні, які можуть містити додаткові вбудовані елементи, що забезпечують керування й захист силових елементів. Такі модулі іноді називають «інтелектуальними силовими модулями».

Транзистори є повністю керованими приладами й по своїх технічних характеристиках діляться на біполярні, біполярні з ізольованим затвором (англ. IGBT), польові (англ. MOSFET) і польові зі статичною індукцією (англ. SIT). Найбільше поширення в силових транзисторних перетворювачах одержали транзистори типу IGBT, що поєднують у собі позитивні властивості біполярного (низькі втрати потужності у включеному стані) і польового (високий вхідний опір) транзисторів.

Силові транзистори випускаються у вигляді модулів, відповідних до типових схем різних перетворювачів. Сучасне їхнє виконання передбачає й наявність вбудованих додаткових елементів, що здійснюють функції керування, захисту, діагностики й зв'язку з іншими елементами схем.

Для виробітку законів керування двигуном, який реалізується силовим перетворювачем, замкнені схеми ЕП містять певний набір керуючих елементів: що задають (програмні) пристрої, що визначають рівень і характер зміни регульованої координати; датчики регульованих координат і технологічних параметрів, що дають інформацію про хід технологічного процесу й роботі самого ЕП; регулятори й функціональні перетворювачі, що виробляють керуючий вплив на основі сигналів, що задають пристроїв і датчиків координат і параметрів; елементи, що погоджують, дозволяють з'єднати в єдину схему всі зазначені елементи за рахунок узгодження їх вхідних і вихідних сигналів по роду струму, рівням і виду сигналів і ін.

Технічна реалізація керуючих пристроїв сучасного ЕП досить різноманітна. Вони різняться по своїй елементній базі, роду струму, потужності, конструктивному виконанню і багатьом іншим ознакам. По характеру перетворення сигналів пристрою керування підрозділяються на аналогові й дискретні.

Аналогові пристрої й елементи характеризуються наявністю функціональної (лінійної або нелінійної) залежності між вхідним і вихідним сигналами, при цьому вихідний сигнал може ухвалювати будь-яке значення. Прикладом силових аналогових пристроїв можуть служити керовані випрямлячі й перетворювачі частоти, у яких напруга й частота на виході можуть регулюватися в широких межах залежно від рівня вхідного керуючого сигналу.

Дискретні елементи та пристрої можуть мати тільки нульовий або максимальний вихідний сигнал, який з'являється або зникає при досягненні вхідним сигналом певного значення. Прикладами дискретних елементів можуть служити реле й безконтактні логічні елементи. На основі дискретних елементів створюються цифрові схеми керування ЕП.

Усі розглянуті вище силові й керуючі пристрої знаходять застосування в автоматизованих ЕП. Максимальний технічний і економічний ефект досягається використанням в одному ЕП різних елементів.

До відносно недавнього часу, функціональні пристрої, що задають, регулюють, погоджують, а також датчики координат ЕП випускалися окремими серіями, «розсипом», що ускладнювало проектування схем керування, їх налагодження й експлуатацію. Прогресивним явищем у створенні технічних засобів керування стала розробка уніфікованої блокової системи регулювання (УБСР). Використання цієї системи забезпечує широку уніфікацію виробництва комплектних засобів керування, спрощує проектування, налагодження й експлуатацію ЕП, поліпшує їхні техніко-економічні показники.

Система УБСР може бути аналоговою, виконуваною на звичайних елементах електроніки ( УБСР-А) і інтегральних мікросхемах ( УБСР-АИ), дискретною (цифровою), що складається зі звичайних елементів ( УБСР-Д) і мікросхем ( УБСР-ДИ).

Важливою характеристикою схем керування ЕП є наявність або відсутність у них можливості зміни (перенастроювання) алгоритму функціонування. За цією ознакою вони підрозділяються на схеми із твердим (незмінним) алгоритмом і схеми зі змінюваним (програмувальним) алгоритмом.

У схемах із твердим алгоритмом перетворення сигналів здійснюється у відповідності зі схемою з'єднання й характеристиками елементів. Для зміни алгоритму функціонування такої схеми необхідна заміна (перемонтаж) відповідних елементів.

Схеми із програмувальним алгоритмом дозволяють міняти керування за рахунок зміни програми, що управляє роботою апаратної частини цих пристроїв. Реалізація таких пристроїв здійснюється з використанням засобів комп'ютерної (мікропроцесорної) техніки керування й характеризує собою одну з найважливіших тенденцій розвитку сучасних ЕП.