Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике  
 
 


 

Автоматизация производственных процессов

 

Согласование структурных логических схем с силовыми цепями


Разработка структурных логических схем на бесконтактных логических элементах практически всегда предполагает, что коммутация силовых цепей, которыми будет управлять логическая схема, также должна быть выполнена на бесконтактных элементах, каковыми могут быть тиристоры, симисторы, оптоэлектронные приборы.

Исключением из этого правила могут быть только реле контроля напряжения, тока, мощности и других параметров, которые пока не переведены на бесконтактные элементы. Различие параметров выходных сигналов структурных логических схем и параметров коммутационной аппаратуры заставляет решать задачу согласования этих параметров.

Задача согласования заключается в том, чтобы преобразовать выходной сигнал логической схемы к сигналу с такими параметрами, которые бы превышали аналогичные параметры входных цепей бесконтактной коммутационной аппаратуры.

Автоматизация технологических процессов

Решение этой задачи зависит от параметров нагрузки силовой цепи. При маломощной нагрузке или коммутации цепей сигнализации специального согласования может вообще не потребоваться. В этом случае нагрузочный ток выходного логического элемента должен быть больше или, в крайнем случае, равен входному току оптрона, т.е. току светодиода или сумме токов светодиодов, если выходная функция управляет несколькими силовыми цепями.

При выполнении этого условия никакого согласования не требуется. Достаточно лишь подобрать оптотиристор с током светодиода меньше нагрузочного тока выходного логического элемента, а ток фототиристора больше номинального тока коммутируемой силовой цепи.

В таких схемах выходной сигнал с элемента логики подается на светодиод оптрона, который, в свою очередь, управляет коммутацией слаботочной силовой цепи нагрузки или элемента сигнализации.

Если такой оптрон подобрать не удается, в таких случаях достаточно последний элемент логической схемы, реализующей логическую функцию, выбрать с повышенным коэффициентом разветвления или с открытым коллектором, с помощью которого можно получить необходимые параметры выходного логического сигнала и напрямую подать его на светодиод оптрона. При этом необходимо подобрать дополнительно источник и рассчитать ограничивающий резистор открытого коллектора (см. рис. 1).

Схемы подключения оптронов к выходу логических элементов: а – на логическом элементе с открытым коллектором; б – включение оптрона в эмиттер транзистора; в – схема с общим эмиттером

 Рис. 1. Схемы подключения оптронов к выходу логических элементов: а – на логическом элементе с открытым коллектором; б – включение оптрона в эмиттер транзистора; в – схема с общим эмиттером

Так, например, резистор Rк (рис. 1 а) можно рассчитать из следующих условий:

Rк = (Е–2,5К)/Iвх,

где Е – источник напряжения, который может быть равен напряжению источника для микросхем логики, но должен быть больше 2,5К; К – количество светодиодов, включенных последовательно на выход микросхемы, при этом считается, что на каждом светодиоде падает примерно 2,5 В; Iвх – входной ток оптрона, то есть ток светодиода.

Для этой схемы включения ток через резистор и светодиод не должен превышать ток микросхемы. Если планируется к выходу микросхемы подключать большое количество светодиодов, то целесообразно в качестве логических элементов выбирать высокопороговую логику.

Уровень единичного сигнала у этой логики достигает 13,5 В. Таким образом, выход такой логики можно подать на вход транзисторного ключа, а в эмиттер его включить последовательно до шести светодиодов (рис. 1 б) (на схеме показан один оптрон). При этом величина токоограничивающего резистора Rк определяется так же, как и для схемы на рис. 1 а. При низкопороговой логике светодиоды можно включать параллельно. При этом величину сопротивления резистора Rк можно рассчитать по формуле:

Rк = (Е–2,5)/(К*Iвх ). 

Транзистор следует выбрать с допустимым током коллектора, превышающим суммарный ток всех параллельно включенных светодиодов, при этом выходной ток логического элемента должен надежно открывать транзистор.

На рис. 1 в приведена схема с включением светодиодов к коллектору транзистора. Светодиоды в этой схеме можно включать и последовательно и параллельно (на схеме не показано). Сопротивление Rк в этом случае будет равно:

Rк = (Е–К2,5)/(N*Iвх ),

где – N –число параллельных ветвей светодиодов.

Для всех рассчитанных резисторов необходимо рассчитать их мощность по известной формуле P = I2 R. Для более мощных потребителей приходится применять тиристорную или симисторную коммутацию. При этом оптрон также может быть использован для гальванической развязки структурной логической схемы и силовой цепи исполнительной нагрузки.

В схемах коммутации асинхронных двигателей или трехфазной нагрузки синусоидального тока целесообразно применять симисторы, отпираемые оптотиристорами, а в схемах коммутации двигателями постоянного тока или иной нагрузки постоянного тока целесообразно применять тиристоры. Примеры схем коммутации цепей переменного и постоянного тока приведены на рис. 2 и рис. 3.

Схемы коммуникаций трехфазного асинхронного двигателя

 Рис. 2. Схемы коммуникаций трехфазного асинхронного двигателя

Схема коммутации двигателя постоянного тока

 Рис. 3. Схема коммутации двигателя постоянного тока

На рис.2а изображена схема коммутации трехфазного асинхронного двигателя, номинальный ток которого меньше или равен номинальному току оптотиристора.

На рис.2б приведена схема коммутации асинхроннорго двигателя, номинальный ток которого не может быть коммутирован оптотиристорами, но меньше или равен номинальному току управляемого симистора. Номинальный ток оптотиристора выбирается по току управления управляемого симистора.

На рис.3а изображена схема коммутации двигателя постоянного тока, номинальный ток которого не превышает максимально допустимого тока оптотиристора.

На рисунке 3б приведена подобная схема коммутации двигателя постоянного тока, номинальный ток которого не может быть коммутирован оптотиристорами.