Тепловые измерительные преобразователи

Терморезисторы. Терморезистором называется проводник или полу­проводник с большим температурным коэффициентом сопротивления, находя­щийся в теплообмене с окружающей средой, вследствие чего его сопро­тивление сильно зависит от температуры окружающей среды. К материалам терморезисторов предъявляются следующие требования: воз­можно более высокое и постоянное значение температурного коэффици­ента сопротивления; химическая стойкость к воздействию окружающей среды; достаточная тугоплавкость и прочность; большое удельное электрическое сопро­тивление, что важно при изготовлении малогабаритных терморезисто­ров. Терморезисторы подразделяются на проводниковые и полупроводнико­вые. Проводниковые терморезисторы. Наиболее распространены терморези­сторы, выполненные из медной, платиновой и никелевой прово­локи. Медные терморезисторы. Электролитическая медь допускает нагрев не бо­лее чем 200 ⁰С (во избежание окисления). Платиновые терморезисторы. Платина допускает нагрев до 1200 ⁰С без опасности окисления или расплавления. Никелевые терморезисторы. Никель применяется до температур 250-300 ^оС. Полупроводниковые терморезисторы (термисторы). Температурный коэффициент у полупроводниковых терморезисторов обычно отрицателен и в 8 – 10 раз больше, чем у металлов. Кроме того, полупроводниковые терморези­сторы имеют значительно большее удельное электрическое сопротив­ление. В связи с этим они могут иметь малые размеры при большом номинальном сопротивлении (до 10 МОм) и, следовательно, высокое быстродей­ствие. Рабочий интервал температур у большинства полупроводнико­вых терморезисторов от –100 до 300 ^оС. Металлические терморезисторы, предназначенные для измерения темпера­туры, представляют собой тонкую голую металлическую проволоку, на­мотаную на каркас из изолирующего материала (слюды или керамики). Кар­кас с обмоткой помещают в защитный термически и химически стойкий чехол. Чехол погружают в среду, температура которой измеряется. Терморезистор совместно с измерительным устройством представляет со­бой термометр сопротивления. Для измерения сопротивления терморези­стора используются главным образом мостовые схемы

Термоэлектрические измерительные преобразователи. Сущность термоэлектрического эффекта заключается в том, что при соединении двух раз­нородных металлов или полупроводников друг с другом в месте их соедине­ния возникает термоЭДС, зависящая от температуры места соедине­ния и вида металлов (полупроводников). Если оба конца двух разнородных про­водников или полупроводников, называемых термоэлектродами, соеди­нить друг с другом и если температура точки соединения одних концов Q₁ пре­вышает температуру точки соединения других концов Q₂, то в цепи возникает термоЭДС Е _Q. Устройство, состоящее из термопары, линии связи и электроизмеритель­ного прибора или потенциометра, называется термоэлектриче­ским термометром. Термоэлектроды термопары соединяют друг с другом путем пайки или сварки и помещают в защитную арматуру, предохраняющую термопару от действия химически агрессивных газов. В качестве защитной арматуры приме­няют трубы из специальных сталей, а для термопар из благородных метал­лов – кварцевые и керамические трубы.

40.Фотодатчики. Фотодатчики строятся на основе фотоэлектрических измерительных преобразователей – фоторезисторов, фотодиодов, и источников света на ос­нове ламп накаливания и светодиодов (С и Д) фототранзисторов и фототеристо­ров.В фоторезисторах используются явления фотопроводимости, т. е. из­менение электропроводности вещества под воздействием электромагнит­ного излучения; изготовляются они на основе полупроводниковых материа­лов, обладающих как собственной, так и примесной фотопроводимостью.К первой группе относятся фоторезисторы на основе соединений свинца и индия. Ко второй группе относятся фоторези­сторы на основе германия и кремния, лигированных примесями различ­ных элементов: золота, сурьмы, свинца, ртути, бора, кадмия, меди и др. В последнее время фоторезисторы стали разрабатывать также на основе трой­ных твердых растворов. Отличительной особенностью этих фоторезисто­ров является изменение спектральной чувствительности в широ­ких пределах.Основными недостатками фоторезисторов являются высокая инерцион­ность и сильная зависимость параметров от температуры. Фотодиоды, в отличие от фоторезисторов, представляют собой пла­стину полупроводникового материала, внутри которой имеются области элек­тронной (n – область) и дырочной (р – область) проводимостей, разделен­ные р – n переходами. У фотодиодов различают два режима работы: фотодиодный и фотогенераторный. При засветке фотодиода в фотодиодном ре­жиме ток неосновных носителей возрастает, причем прирост этого тока значи­тельно превосходит прирост тока основных носителей. Фототранзисторы обладают свойством усиления фототока. Конструк­тивно фототранзистор представляет собой полупроводниковый прибор с тремя чередующимися областями электронной и дырочной проводимостей, снаб­женными выводами для включения в схему, причем базовая область дос­тупна для воздействия на нее светом. Оптоэлектронные устройства можно классифицировать по следующим основным признакам, лежащим в основе принципа построения этих уст­ройств: виду измеряемой физической величины; числу используемых участ­ков спектра или СИД с различными длинами волн спектральных характери­стик; числу используемых кювет или СИД, излучающих на одной длине волны (каналы); способу преобразования измеряемого параметра в фотоэлектри­ческий сигнал; способу обработки фотоэлектрического сигнала. По виду измеряемой физической величины оптоэлектронные измеритель­ные устройства (ОИУ) подразделяются на фотометры и анализа­торы состава веществ и материалов. По числу используемых участков спектра ОИУ подразделяются на одно­волновые, двухволновые и многоволновые, а по числу каналов (числу ис­пользуемых кювет или СИД, излучающих на одной длине волны) – на однока­нальные, двухканальные и многоканальные устройства. Оптроны – полупроводниковые приборы, содержащие оптически свя­занные источник и приемник излучения в общем герметичном корпусе с закры­тм или открытым оптическим каналом. В качестве приемника света в оптронах применяют фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры и фотосимисторы. В соответст­вии с названием фотоприемника находится название схемы и маркировка оптопар: резисторная (а), диодная (б), транзисторная (в), тиристор­ная (г) и симисторная (д).

41.Магнитные датчики и магнитоэлектроника. Многие явления и процессы связаны с магнитным полем (МП). Основ­ным элементом приборов и устройств, использующих МП, является преобразова­тель магнитного поля (ПМП), на выходе которого при воздействии магнитного потока появляется электрический сигнал. При создании ПМП используют различные физические явления, воз­никающие в полупроводниках и металлах при взаимодействии с магнитным по­лем. Преобразователи первого поколения (дискретные) позволили повысить на­дежность и эксплуатационные характеристики многих устройств автома­тики, уменьшить их габариты и стоимость. Дискретные преобразователи магнитного поля. Элементы Холла (ЭХ) конструктивно представляют пластину из полу­проводникового материала толщиной d, по четырем сторонам которой располо­жены контакты. Для изготовления элементов Холла используют кремний, германий, арсенид индия, арсенид галлия, то есть полупроводниковые материалы, обла­дающие высокой подвижностью носителей заряда.Магниторезисторы – это электронные компоненты, действие которых основано на изменении электрического сопротивления полупроводника или ме­талла при воздействии на него магнитного поля. Магнитодиоды – полупроводниковый прибор с р – n переходом, у кото­рого между областями с n и р проводимостями находится область высоко­много полупроводника, база, ширина которой d больше длины пробега носите­лей. Магнитотранзисторами (МТ) называются транзисторы, конструктивные и рабочие параметры которых оптимизированы для получения максимальной чувствительности коллекторного тока к магнитному полю. Магнитотиристоры. Любой тиристор можно представить в виде эквивалентной схемы, со­стоящей из двух транзисторов, поэтому магниточувствительные свойства тири­стора определяются свойствами составляющих их транзисторов. ГМР преобразователи. Гальваномагниторекомбинационный (ГМР) преобразователь представ­ляет собой полупроводниковый резистор, управляемый магнитным полем. Прин­цип действия ГМР заключается в изменении средней концентрации носите­лей заряда в полупроводнике при воздействии продольного или попереч­ного магнитного поля. Датчики Виганда. Принцип действия датчиков основан на эффекте Виганда. Этот эффект про­является в том, что если ферромагнитную проволоку, имеющую специаль­ный химсостав и физическую структуру, ввести в магнитное поле, то произойдет спонтанное изменение ее магнитной поляризации, как только напря­женность поля превысит некоторое пороговое значение.

Схема включения двухколлекторного магнитотранзистора

42.Интегральные полупроводниковые датчики Интегральные полупроводниковые датчики (сенсоры) (ИПД) – это класс твердотельных датчиков с конструктивно-технологической и функциональ­ной интеграцией различных элементов измерительного канала на одном полу­проводниковом кристалле (чипе) с использованием микротехнологий.Простые ИПД, как правило, содержат на чипе один чувствительный эле­мент (первичный преобразователь) и элементы вторичного преобразования (мос­товые схемы, предусилители, преобразователи сопротивления, напряже­ния и т. п.) и используются для преобразования какой-либо одной физической ве­личины в электрический сигнал. Их относят к разряду интегральных схем низ­кой и средней степени интеграции.Сложные ИПД могут содержать на чипе несколько чувствительных элемен­тов, различные схемы вторичного преобразования (усилители, коммута­торы, АЦП, преобразователи типа «напряжение – частота» и др.), устрой­ства обработки и хранения данных (счетчики, перемножители, схемы па­мяти, процессоры) и актюаторные элементы. Сложные ИПД относятся к разряду микросхем средней и высокой сте­пени интеграции. Устройства, способные выполнять функции измерения и контроля не­скольких физических величин, автоматического переключения каналов и кор­рекции систематических погрешностей, адаптации к изменению условий экс­плуатации, вычислений, принятия решений называются интеллектуаль­ными датчиками. Преимущество ИПД определяют следующие характеристики:а) малые габариты, масса, низкая потребляемая мощность, тепловая инертность, незначительный разброс геометрических и электрофизических па­раметров элементов;б) высокая воспроизводимость элементов;в) возможность внутренней и автоматической компенсации систематиче­ских погрешностей;г) возможность унификации выходных сигналов по типу и по величине для сопряжения с устройствами обработки и отображения данных;д) возможность подключения через интерфейсы к промышленной ЭВМдля создания систем автоматического контроля и управления.

43.ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ИРЕГУЛЯТОРЫНАПРЯЖЕНИЯ. Силовые преобразователи используют для питания электродвигателей,электромагнитов и т.д., работающих от сетей постоянного и переменного тока различных напряжений. Силовые преобразователи для питания электромагнитов, как правило, состоят из элемента гальванической развязки на оптопаре и ключа на биполярных и IGBT транзисторах или тиристорах и симисторах. В системах автоматизации схемы для согласования уровней напряжения на выходе микропроцессорного контроллера и на входе силового преобразователя и их гальванической развязки называют драйверами.Основными узлами силовых преобразователей являются неуправляемые и управляемые одно- и трехфазные выпрямители и инверторы напряжения, преобразующие постоянное напряжение в переменное с частотой от нескольких герц до нескольких десятков и сотен килогерц. Трёхфазные выпрямители. В трехфазном однотактном выпрямителе с активной на­грузкой вентили работают поочередно по 2π/3 периода каждый, если не учитывать влияния на процесс коммутации вентилей индуктивных сопротивлений рассеяния обмоток трансформатора. Однотактные трехфазные выпрямители применяют в вы­прямителях средней мощности для питания электродвигателей постоянного тока малой и средней мощности. Двухтактный трехфазный выпрямитель, в отличие от однотактного трехфазного выпрямителя, у которого вторичные об­мотки трансформатора можно соединять только в звезду, поз­воляет соединять обмотки трансформатора, как в звезду, так и в треугольник. Это значит, что с помощью одного силового трансформатора, переключая вторичные обмотки со звезды на треугольник, можно получить два выпрямленных напряжения, отличающихся в 1,7 раз. Схема с уравнительным реактором имеет ряд достоинств по сравнению с мостовой схемой:

- вдвое меньше среднее значение тока вентилей и меньше его действующее значение;

- более высокий к. п. д. при малых значениях выходных на­пряжений, так как ток протекает последовательно только че­рез один вентиль;

- удобное охлаждение вентилей, которые могут бытьустанов­лены на один общий охладитель. Недостатками схемы являются ее сложность, более высокая установленная мощность оборудования, большее обратное на­пряжение на вентилях.

схема Ларионова Принципиальная схема трехфазно­го однотактного выпрямителя при работе на активную нагрузку.

44. Управляемые выпрямители. На практике часто требуется стабилизация выходного на­пряжения либо регулирование его в широких пределах. Для необходимого в этих случаях изменения величины выпрямлен­ного напряжения используют ряд технических решений, основ­ными из которых следует считать: - изменение напряжения на выходе выпрямителя с помощью регулятора переменного напряжения (автотрансформатора, дросселя насыщения, тиристорного регулятора); - регулирование выпрямленного напряжения с помощью регу­ляторов постоянного напряжения; - регулирование выпрямленного напряжения за счет приме­нения выпрямителей на управляемых вентилях (управляемых выпрямителей). Применение управляемых выпрямителей позволяет умень­шить габариты и стоимость преобразователей по сравнению со схемами, использующими автотрансформаторы и дроссели на­сыщения. Наибольшее применение в качестве управляемых вентилей нашли тиристоры. Однофазный управляемый выпрямитель(1). Работа управляемого выпрями­теля во многом зависит от характера нагрузки. Трехфазный управляемый выпря­митель со средней точкой. (2) Трехфазный мостовой управляемый выпрямитель.(3) Панель управления бывает двух типов – простая и комфортная. Простая содержит пятиразрядный семизначный код, светодиоды состояния и кнопки ввода параметров, кнопки вверх, вниз, светодиоды готов, работа, сбой. Комфортные содержат жидко-кристалический дисплей 4*16; два светодиода зелёный и красный; цифровые кнопки от 0 до 9 и кнопки выбора параметров: вверх, вниз, реверс, запуск, сброс. Тиристорный преобразователь имеет несколько дискретных входов и выходов для цепей защиты и дискретных нагрузок. Преобразователь дополнительно регулирует: температуру ДПТ; длину щёток; поток воздуха через вентилятор двигателя.

45. Преобразователи частоты. Преобразователи частоты — это устройства, преобразующие переменный ток одной частоты в переменный ток другой ча­стоты.Различают два класса преобразователей частоты:- с промежуточным звеном постоянного тока;- с непосредственной связью (без промежуточного звена по­стоянного тока).Последние в свою очередь подразделяются на преобразова­тели частоты с непосредственной связью и естественной коммутацией тока тиристоров и с непосредственной связью с искусственной коммутацией тока тиристоров. Преобразователи с промежуточным звеном постоянного то­ка позволяют регулировать выходную частоту при помощи си­стемы управления инвертора СУИ в широком диапазоне как вверх, так и вниз от частоты питающей сети. Основным недостатком преобразователя частоты с проме­жуточным звеном постоянного тока является двойное преобра­зование энергии – выпрямление и инвертирование, что приво­дит к снижению к. п. д. и ухудшению массогабаритных показа­телей. В преобразователях частоты с промежуточным звеном по­стоянного тока можно осуществить свободный обмен электри­ческой энергией между потребителем и питающей сетью в обо­их направлениях. Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоян­ного тока применяют для питания электрических двигателей, частоту вращения ротора которых необходимо варьировать в широких пределах. Данный тип пре­образователей частоты имеет простую схему силовой части, а, следовательно, и системы управления. Защита предусмотрена в следующем объеме: защита от тока короткого замыкания; минимальная защита по управляющему напряжению; температурная защита. Преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока:

46. Системы управления преобразователями. Полупроводниковые преобразователи представляют доволь­но сложные устройства и помимо силового оборудования содержат систему управления и защиты преобразователя. В систему управления и защиты преобразователя входят: система управления вентилями преобразователя, блок токовой отсечки, предназначенный для подачи сигнала на запирание преобразователя при коротких замыканиях и пе­регрузках, и автоматический регулятор, обеспечиваю­щий стабилизацию либо регулирование выходных параметров преобразователя, измеряемых с помощью датчика. Система управления вентилями преобразователя предназна­чена для формирования и генерирования управляющих им­пульсов определенной формы и длительности, распределения их по фазам и изменения момента подачи на управляющие электроды вентилей преобразователя. Требования, предъявляемые к системам управления полупроводниковыми преобразователями, определяются типом вен­тилей, применяемых в нем, режимом работы (выпрямительный, инверторный, реверсивный, нереверсивный) и характером на­грузки, на которую он работает. Основными требованиями к системам управления являются: - достаточная для надежного отпирания вентиля амплитуда напряжения и тока управляющего импульса; - крутизна фронта управляющих импульсов; -широкийдиапазон регулирования, определяемый типом преобразователя, режимом его работы и характером нагрузки; - симметрия управляющих импульсов по фазам. Системы управления, в которых управляющий сигнал име­ет форму импульса, фазу которого можно регулировать, назы­вают импульсно-фазовыми. В зависимости от того, в одном или в нескольких каналах вырабатываются управляющие импульсы для каждого вентиля преобразователя, различают одно- и многоканальные системы управления, а в зависимости от принципа изменения фазы управляющего импульса — горизонтальные, вертикальные и цифровые системы. Системы управления могут быть синхронными и асинхрон­ными.Синхрон­ное управление в настоящий момент является общепринятым. B современных преобразователях управляющие импульсы формирует микропроцессор в соответствии с программой и сигналами с датчиков обратной связи. Типовые структуры перспективных систем управления приводами переменного тока. В качестве исполнительного двигателя может применяться либо синхронный двигатель с активным магнитоэлектрическим ротором, либо синхронный реактивный двигатель. Возможно использование этой структуры и для управления трехфазными вентильно-индукторными двигателями с разнополярным питанием, а также шаговыми двигателями в режиме бесколлекторных двигателей постоянного тока.Отличительной особенностью системы векторного управления асинхронными двигателями является необходимость использования дополнительного вычислительного блока, в котором производится оценка текущего углового положения вектора потокосцепления ротора. полноценные системы векторного управления приводами переменного тока требуют для своей реализации высокопроизводительных микроконтроллеров с широким набором перечисленных выше встроенных периферийных устройств, допускающих совместную работу и требующих от центрального процессора минимальных ресурсов на свое обслуживание.

47. Общие сведения о преобразователях постоянного напряжения в переменное. Для нормального функционирования устройств промышленной электроники при их питании от первичных источников, вырабаты­вающих энергию постоянного тока только одного напряжения, тре­буются преобразователи постоянного напряжения. С их помощью получают либо требуемое переменное напряжение, либо постоянное напряжение заданного значения, либо несколько постоянных на­пряжений разных значений.Преобразователи, у которых на выходе имеется переменное напряжение, называют инверторами. Преобразователи, имеющие на выходе постоянное напряжение одного или нескольких значений, называют конверторами.Прогресс в области разработок и применения МГД-генераторов и нетрадиционных, источников электроэнергии – топливных эле­ментов, термоэлектрических и солнечных батарей – вызвал потреб­ность в преобразователях постоянного напряжения.Основными элементами инверторов и конверторов являются коммутирующие приборы (устройства), которые периодически преры­вают ток или изменяют его направление. В качестве коммутирую­щих приборов в настоящее время применяют «бесконтактные ключи» – транзисторы и тиристоры, работающие в режиме «от­крыт – закрыт», благодаря чему к. п. д. инверторов и конверторов очень высок и может достигать 99 %. К этому следует добавить, что полупроводниковые ключи и преобразователи на них имеют малые габариты, массу и стоимость, большой срок службы.

48.Инверторы Инверторы классифицируют по ряду признаков, основными из которых являются: 1) тип коммутирующих приборов – тиристорные и транзистор­ные инверторы; 2) принцип коммутации – ведомые сетью и автономные инвер­торы; 3) род преобразуемой величины – инверторы тока и инверторы напряжения. Инверторы, ведомые сетью, осуществляют пре­образование энергии постоянного тока в энергию переменного тока. Схема такого инвертора, представляющая собой одно­фазный двухполупериодный инвертор с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора.

Инверторы, ведомые сетью, часто используют на электрическом транспорте. При обычном движении электропоезда машины посто­янного тока работают как двигатели, питающиеся от выпрямителя, а при торможении они превращаются в генераторы, отдающие электроэнергию в сеть переменного напряжения. Такой процесс называется рекуперацией. еще один способ пе­рехода от выпрямления к инвертирова­нию и наоборот, который широко приме­няется для управления скоростью и на­правлением вращения двигателей. Этот способ, являющийся наиболее экономич­ным, используется в реверсивных пре­образователях: Автономные инверторы осуществляют пре­образование постоянного тока в переменный с неизменной или регулируемой частотой и работа­ют на автономную нагрузку.Автономные инверторы применяют в тех случаях, если необходимо иметь переменный ток требуемой частоты, когда источниками питания являются устройства прямого преобразования энергии – топливные элементы, МГД-генераторы, термо и фотоэлектриче­ские генераторы, контактная сеть электрического транспорта, ак­кумуляторы и т. д. На практике чаще применяют после­довательное или последовательно-параллельное включение конден­саторов.

АИР выполняют по однофазной мостовой схеме с использованием транзисторов, радиоламп и тиристоров:

49. Инверторы с прямым цифровым управлением. Большинство выпускаемых сегодня преобразователей частоты для регулирования скорости вращения трехфазных двигателей обеспечивают управление инвертором напряжения в режиме синусоидальной центрированной (симметричной) широтно-импульсной модуляции. Суть метода состоит в одновременном управлении на заданной несущей частоте (обычно 10-20 кГц) сразу всеми шестью ключами инвертора (рис. 9.16) таким образом, что в средних точках каждой стойки инвертора формируются волны синусоидального выходного напряжения U ₁, U ₂, U ₃, сдвинутые друг относительно друга на 120 электрических градусов. При этом верхний и нижний ключи всегда коммутируются в противофазе и максимальная амплитуда выходного сигнала равна половине напряжения на звене постоянного тока U _dc/2.

Суть метода, получившего название широтно-импульсной модуляции базовых векторов (векторной ШИМ-модуляции), состоит в отказе от одновременной коммутации всех ключей инвертора и в переходе к коммутации между несколькими, заранее выбранными состояниями инвертора, каждое из которых соответствует определенному пространственному положению вектора результирующего напряжения, приложенного к двигателю.

50.Импульсные преобразователи и регуляторы напряжения. Изменение величины напряжения потребителя посредством импульсных преобразователей называют импульсным ре­гулированием.С помощью бесконтактного ключа импульсного преобразователя источник постоян­ного или переменного напряжения периодически подключается к нагрузке. В результате на выходе ИП формируются импуль­сы напряжения.Регулирование напряжения на нагрузке можно осуществить изменением параметров выходных импульсов: длительности t _u или периода следования Т. Наибольшее распространение получили широтно-импульсный; частотно- и время-импульсный способы регулирования. В зависимости от типа применяемых в силовой части полу­проводниковых приборов различают ИП: на полностью управ­ляемых вентилях (транзисторах и запираемых тиристорах); на тиристорах.Различают реверсивные и нереверсивные ИП. Импульсные преобразователи постоянного напряжения на­ходят широкое применение в качестве стабилизаторов, регу­ляторов и конверторов напряжения, источников питания обмоток возбужде­ния электрических машин и электромагнитных механизмов, двигателей постоянного тока. Импульсные преобразователи переменного напряжения ши­роко используются для регулирования мощности электрических печей сопротивления, ламп накаливания и люминесцентных ламп, различных электротехнических установок, асинхронных двигателей и других устройств.ИП имеют следующие преимущества: - высокий к. п. д., так как потери мощности на регулирующем элементе преобразователя незначительны по сравнению с потерями мощности при непрерывном регулировании; - малую чувствительность к изменениям температуры окру­жающей среды, поскольку регулирующим фактором является время проводимости управляемого вентиля, а не внутреннее сопротивление регулирующего элемента, как при непрерывном регулировании; - малые габариты и массу.Основным недостатком ИП является импульсный режим работы регулирующего элемента, который приводит к необходимости устанавливать выходные и входные фильтры. Широтно-импульсные преобразователи по­стоянного напряжения на полностью управ­ляемых вентилях. В схеме в качестве ключа принят тиристор а между ним и нагрузкой включена индуктивность.

(Принципиальная схема нереверсивного ШИП постоянного напряжения.) Если требуется напряжение на нагрузке выше, чем у источника питания, то используют конверторы. Конвертор – это ИП, нагруженный на трансформатор, с одной или несколькими вторичными обмотками, питающими выпрямители.В настоящее время применяют два типа конверторов: 1) импульсные преобразователи постоянного напряжения с самовозбужде­нием; 2) импульсные преобразователи постоянного напряжения c внешним возбуждением. В конверторах с самовозбуж­дением в качестве ключей приме­няют транзисторы, включаемые по двухтактной схеме. Работу конвертора с самовозбуждением можно разбить условно на два этапа: действие положительной обратной связи и перемагничивание сердечника. Преимуществом им­пульсных преобразова­телей постоянного на­пряжения по сравнению с конверторами с самовозбуждением яв­ляется то, что в ИППН в качестве ключей применяют тиристоры, которые в настоящее время выпускаются на напряжения до не­скольких киловольт и на токи до сотен ампер при прямом паде­нии напряжения, равном нескольким вольт. Это позволяет созда­вать конверторы большой мощности (свыше 100 кВт) с высоким к. п. д., меньшими габаритами и массой. Тиристорные импульсные преобразователи переменного напряжения. Построение регулирующих преобразователей переменного напряжения основывается на ис­пользовании полупроводникового коммутатора, функцию кото­рого чаще всего выполняют два включенных встречно-парал­лельно тиристора в цепи с питающим переменным напряжением и нагрузкой.

51. ИНТЕРФЕЙС МИКРОПРОЦЕСОРНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ. это совокупность программного обеспечения и технических средств, осуществляющих связь микроконтроллера с объектом автоматизации, приведение в соответствие уровней и форм сигналов, и выбор направления их передачи.

Датчики и исполнительные устройства СА могут находиться на значительных расстояниях от микроконтроллера, но система должна обеспечивать большую точность передачи информации с минимальным запаздыванием. В качестве переносчика информации используют электрический ток или электромагнитные колебания, обладающие свойством изменять свою форму или параметры под воздействием сообщения или информации и превращаться при этом в сигнал. Информация - это часть сообщения, имеющая новизну. Передаваемые сообщения могут быть непрерывные или дискретные.

Структурная схема СЭС

КАНАЛЫСВЯЗИ.

Канал связи - совокупность технических средств, предназначенных для передачи сигналов и среды распространения любых сигналов от источника к получателю. При распространении по каналу сигнал претерпевает изменения из-за поглощения, рассеяния, воздействия помех и т. д.В канал связи от источника подаются импульсы постоянного тока или электромагнитные колебания в диапазоне частот от единиц Гц до 3000 ГГц.

Исходя из условий распространения электромагнитных колебаний в проводных каналах или воздушной и других средах, весь диапазон частот принято делить на поддиапазоны и характеризовать не только частотой, но и длиной волны.

Каналы связи принято характеризовать следующими параметрами:

1) диапазоном рабочих частот f ₀; 2) шириной полосы пропускания D f _к = f _max - f _min;

3) динамическим диапазоном Д_к = Р _{к maх} –P _{к min},

У дискретных сигналов важными параметрами являются:

- длительность t _c;

- объем V_с = t _cD f _clog2 (P _c/ P _помехи );

- количество информации N = 2 ⁿ.

53. ПЕРЕНОСЧИКИ ИНФОРМАЦИИ. В СЭС в качестве переносчиков информации используют постоянный ток или электромагнитные колебания, обладающие свойством изменять свои параметры или форму под воздействием сообщения в процессе модуляции или манипуляции.В процессе манипуляции напряжения Е, поступающего с выпрямителя, на выходе получают импульсы различной формы: прямоугольной; пилообразной; косинусоидальной; колокобразной; трапецеидальной.Обычно используют последовательность импульсов, которую характеризуют следующими параметрами: n - количество импульсов; Т - период повторения,с; t - длительность импульса, с; А - амплитуда; t _ф - длительность фронта, с.При прохождении импульсов напряжения по каналам связи и цепям приемников они занимают в канале полосу частот, определяемую спектром сигнала.На полосу частот, занимаемых в спектре импульсным сигналом, влияет не только его t, но и форма. Наименьшую полосу занимает импульс колоколообразной формы.Сравнительный анализ ЧМ и ФМ с АМ показывает, что недостатком первых является широкий спектр частот, а достоинством - высокая помехоустойчивость.У АМ узкий спектр частот, но у АМ сигналов низкая помехоустойчивость.

Амплитудно-частотный спектр импульсного сигнала

54.Проводные линии связи. Применяемые на горных предприятиях проводные линии связи делятся на воздушные и кабельные. Дальность передачи сигналов по физическим цепям линий связи ограничивается затуханием цепи, а также допустимыми искажениями формы сигналов. Затухание сигналов в физических цепях, нагруженных на приемник с сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии Z _н= Z _в, происходит по экспоненциальному закону ; Величина затухания физических цепей зависит от первичных параметров: активного сопротивления проводов цепи R (Ом/км), индуктивности L (Гн/км), емкости цепи С (Ф/км) и проводимости изоляции проводов G (Ом×км). Все первичные параметры относят к единице длины цепи связи, обычно равной 1 км. Величина какого-либо параметра реальной линии находится умножением ее длины на величину первичного параметра. Вторичные параметры линии связи – волновое сопротивление Z _в и постоянная передачи g зависят от ее первичных параметров и частоты. Эти параметры определяют распределение электромагнитной энергии по линии связи. В линиях небольшой протяженности величина тока и напряжения практически одинакова в начале и конце цепи. Кабельные линии связи. Современные кабели связи классифицируют по следующим признакам: область применения, условия прокладки и эксплуатации, конструкция системы скрутки, род защитных покровов, спектр передаваемых частот. В зависимости от области применения различают кабели дальней связи, предназначенные для междугородних линий, и кабели местной связи. В соответствии со спектром передаваемых частот кабели делят на низкочастотные (до 10 кГц) и высокочастотные (более 10 кГц). В зависимости от условий прокладки различают кабели воздушные, подземные и подводные. По конструкции и расположению проводников кабели делятся на симметричные и коаксиальные. В зависимости от скрутки жил в группы кабели подразделяются на кабели парной скрутки и кабели четверочной (звездной) скрутки. При скрутке групп проводов различают повивную и пучковую скрутку. На горных предприятиях применяют, в основном, низкочастотные кабели.

55. Принцип организации многоканальной связи. Многоканальная связь – вид связи, при которой по одной воздушной цепи, кабельной линии, или радиолинии, организуют с помощью технических средств несколько каналов для передачи электрических сигналов. Канал электросвязи