12.5. ПРИМЕНЕНИЕ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТАХ
Тиристоры и транзисторы обладают гальванической связью между цепью управления и нагрузкой. Если такая связь недопустима, то применяются оптоэлектронные приборы (оптроны). В корпусе оптоэлектронного прибора установлены излучающий элемент, обычно фотодиод, и воспринимающий элемент — фототранзистор, фототиристор или фоторезистор. При подаче сигнала на фотодиод он начинает излучать, и его излучение воздействует на воспринимающий элемент, открывая фототранзистор или фототиристор в цепи нагрузки. Электрическое сопротивление между цепями управления и нагрузки составляет 1012 Ом, емкость между ними менее 0,1 пФ. Эти свойства оптронов позволяют повысить помехоустойчивость и надежность аппарата, упростить его схему. Оптроны дают малую задержку в срабатывании (1 мкс).
Рис. 12.30. Оптронное реле
На рис. 12.30 показан один из вариантов бесконтактного оптронного реле [4.5]. Нагрузка rh включается тиристором VS, включенным в диагональ моста. Управление тиристором производится с помощью оптопары и транзисторов VT1, VT2. При отсутствии управляющего сигнала Еу транзистор УТф оптрона закрыт, транзистор VT1 открыт. Сигнал на управляющем электроде VS равен нулю, и он закрыт. При подаче сигнала Еу транзистор УТф открывается, a VT1 закрывается. На VS подается открывающий потенциал, он открывается и через нагрузку потечет ток. Тиристор VS открывается каждый полупериод. При снятии сигнала Еу VS закрывается. Если напряжение питания превысит заданный уровень, то открывается VT2 и VS отключается.
Оптронные реле могут быть выполнены на силовых оптронах (рис. 12.31). Силовые оптроны непосредственно управляют током в нагрузке Rh. Светоизлучающие диоды оптронов VD1 и VD2 управляются транзистором VJ. В некоторых схемах управляющий сигнал непосредственно воздействует на светодиоды оптронов. В настоящее время созданы оптотиристоры на ток до 1500 А .
12.6. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Автоматическое управление электроприводом или каким-либо другим электротехническим устройством осуществляется элементами, которые взаимодействуют друг с другом и с управляемым объектом в определенной последовательности. Примерная структура автоматической системы управления показана на рис. 12.32.
Логическая (функциональная) часть предназначена для преобразования сигнала командных органов и датчиков в выходные сигналы в соответствии с заданной программой. Выходные сигналы логической части подаются в усилительные, а затем в исполнительные органы.
В большинстве случаев используются дискретные сигналы, т. е. либо на вход аппарата подается сигнал, значение которого достаточно для его срабатывания, либо сигнал на вход не подается или он слишком мал и недостаточен для срабатывания. При математическом отображении этого процесса в первом случае говорят, что в аппарат подана логическая единица, во втором — логический нуль.
Рис. 12.31. Реле на силовых оптронах
Логическая часть системы управления состоит из логических элементов дискретного действия, которые или выдают на выходе сигнал (появляется 1), или снимают сигнал с выхода (появляется 0) в зависимости от того, какие сигналы подаются на вход.
Рис 12.32. Структура системы автоматического управления
Допустим, логический элемент должен выдать сигнал при условии, что на вход будут одновременно поданы три входных сигнала. Эту функцию выполняет элемент И (табл. 12.1).
Для срабатывания элемента X (электромагнитного реле) необходимо подать сигналы (напряжения) на обмотки трех реле а{—а3, которые замкнут свои контакты, изображенные в таблице. При этом поступит напряжение на обмотку реле X. Выходной сигнал появится после замыкания контакта х.
Логические функции, выполняемые элементами, могут быть обозначены алгебраически (табл. 12.1). Так, операция И может быгь записана уравнением
х = ох а,, а3.
Если отсутствует хотя бы один входной сигнал (допустим, ai = 0), то выходной сигнал также равен 0.
Содержание более сложных функций и их релейные эквиваленты описаны в [6.1].
Описанные в табл. 12.1 логические функции чаще всего реализуются на базе магнитополупроводниковых и чисто Полупроводниковых элементов Благодаря малым габаритным размерам, большим функциональным возможностям и высокой надежности в настоящее время преимущественно применяются полупроводниковые элементы.