книги / Электрооборудование лифтов массового применения
..pdfконтактов кабина лифта снабжена специальной металлической отводной шиной с желобом для ролика; верхняя часть желоба переводит рычаг из одного крайнего положения в среднее, а нижняя — из среднего положения в крайнее.
Кроме |
описанных |
контактных |
устройств |
для |
управления |
|
лифтами |
применяют |
различные |
комбинированные |
устройства,, |
||
состоящие из |
контактных элементов (реле, |
герконов, кнопок,, |
||||
выключателей |
и т. д.) с электромагнитными, |
полупроводнико |
выми, фотоэлектрическими и другими элементами. Такими ком бинированными устройствами являются копираппарат, предназ наченный для определения положения кабины в шахте, блок выбора направления, блок точной остановки и т. д. Некоторые из этих устройств и блоков будут рассмотрены в разд. 5.
2.3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ БЕСКОНТАКТНЫЕ УСТРОЙСТВА
Бесконтактные устройства незаменимы в регулируемом элек троприводе и в современных системах управления лифтами. Они надежнее контактных и требуют меньших затрат на экс плуатацию, а также имеют значительно меньшие размеры и массу.
Бесконтактные устройства в отличие от контактных имеют коммутирующий орган, представляющий собой элемент или группу элементов с нелинейным электрическим сопротивлением, изменяющимся в достаточно широких пределах, для которого' характерны два режима — коммутационный и усилительный. В первом случае при небольшом изменении входного сигнала сопротивление коммутирующего органа изменяется скачкооб разно, вследствие чего и выходной сигнал изменяется скачко образно; во втором случае плавному изменению входного сиг нала соответствует плавное изменение выходного сигнала.
Бесконтактные устройства имеют следующие преимущества перед контактными: отсутствие искрообразования при коммута ции; большая частота включений или срабатываний; отсутствие механического изнашивания; возможность выполнения функций, которые невозможно осуществить контактными устройствами.
На основе бесконтактных элементов могут быть созданы са мые разнообразные устройства, блоки и узлы автоматическогоуправления и регулирования. Ниже будут рассмотрены такие бесконтактные элементы, которые можно назвать бесконтакт ными условно; некоторые устройства, блоки и узлы автомати ческого управления лифтами будут рассмотрены в разд. 4 и 5.
Более совершенными, чем контактные, являются индуктив ные, электронные и сенсорные кнопки. Все они имеют более сложную конструкцию, однако это оправдано высокой надеж ностью и разнообразием функций этих кнопок.
|
Выход |
Рис. 17. Электрическая схема тиристорного оп- |
|
|
тРоиа |
|
|
___I |
1 о |
Для бесконтактных |
коммутации и ре- |
гулирования силовых |
цепей электропри |
||
|
|
вода и систем автоматического управле |
ния используют тиристорные преобразователи, элементами кото рых являются диоды, транзисторы, оптроны, тиристоры. На базе транзисторов со структурой р-п-р и п-р-п могут создаваться различные дискретные и усилительные устройства. Примеры применения транзисторов приведены в разд. 4. Отечественная промышленность выпускает широкий набор транзисторов, име ющих самые разнообразные характеристики [20].
Кроме применяемых транзисторов и тиристоров, в последнее время появился ряд комбинированных оптоэлектронных при боров или оптронов, к которым относятся резисторный, тран зисторный и тиристорный оптроны. Рассмотрим тиристорный •оптрон, представляющий собой пару светодиод — фототиристор, соединенную световодом. Электрическая схема тиристорного оптрона приведена на рис. 17. Входом оптрона является цепь светодиода, выходом — цепь фототиристора. Связь между цепью светодиода и цепью фототиристора осуществляется через свето вод (см. рис. 17, стрелки от светодиода к фототиристору), вследствие чего эти цепи гальванически разделены, что очень важно для многих устройств электропривода и автоматического управления. Параметры некоторых тиристорных оптронов при ведены в табл. 4. Оптроны могут работать при температуре •окружающей среды от —60 до + 70°С. Тиристорные оптроны могут применяться либо в качестве самостоятельных преобра зователей (например, управляемых выпрямителей или инверто ров), либо в качестве промежуточных преобразователей сигна
лов и устройств гальванической развязки электрических |
цепей. |
||||
|
|
|
|
Т а б л и ц а 4 |
|
'Характеристика тиристорных оптронов |
|
|
|
|
|
Показатели |
АОУЮЗА |
|
АОУЮЗБ |
АОУЮЗВ |
|
Номинальная сила тока на входе, мА |
|
20 |
|
50 |
20 |
Максимально допустимое прямое напряжение на |
|
50 |
|
200 |
200 |
выходе, В |
|
|
|
|
| |
Максимально допустимое обратное напряжение |
| |
- |
| |
- |
200 |
|
|||||
на выходе, В |
|
|
|
|
|
П р и м е ч а н и е . Максимально допустимые параметры: |
на входе—сила тока 55 мА, |
||||
напряжение 2В; на выходе—сила прямого постоянного тока |
100 мА, |
скорость |
увеличения |
||
.напряжения б В/мкс. |
|
|
|
|
|
Среди разнообразных датчиков, под которыми подразуме вают элементы, преобразующие контролируемую величину од ного вида в величину другого вида (в данном случае в электри ческую величину), более удобную для воздействия на опера тивный орган системы управления, рассмотрим лишь датчики температуры, скорости и тока. Их целесообразно применять на лифтах с регулируемым электроприводом. Другие виды дат чиков, например индуктивный датчик положения, фотоэлектри ческий датчик положения и т. д., являются комбинированными устройствами и в дайной книге не рассматриваются.
В качестве основных элементов датчиков температуры при меняют полупроводниковые термосопротивлеиия или термисто ры, сопротивление которых существенно зависит от температу ры, причем эта зависимость имеет отрицательный температур ный коэффициент а » —(0,03—0,06) 1/град. Удельное сопротив ление термистора описывается формулой
р = р„[1 + а (7’ - Г 0) + ^ ( Г - Т 0)*+ .].
где ро — удельное сопротивление при температуре То.
В регулируемом электроприводе лифтов для получения сиг нала фактической скорости необходим датчик скорости. Обычно в качестве датчиков скорости применяют малые электрические машины — тахогенераторы. В зависимости от принципа дейст вия и рода тока различают тахогенераторы постоянного тока независимого возбуждения и с возбуждением от постоянных магнитов; синхронные тахогенераторы с независимым возбуж дением и с возбуждением от постоянных магнитов; асинхронные тахогенераторы.
Технические данные некоторых тахогенераторов приведены лз табл. 5. Срок службы тахогенераторов постоянного тока от носительно невелик и не превышает 2000 ч, что наряду с необ ходимостью ухода за щеточным контактом является их крупным недостатком. Срок службы тахогенераторов переменного тока, не имеющих коллектора и щеток, значительно больше. Taie, срок службы синхронных тахогенераторов типа Д-1ММ составляет
.6 лет, а технический ресурс — 30 000 ч.
Всвязи с этим тахогенераторы перспективны для лифтового электропривода.
Впоследнее время в связи с более широким применением
прямого цифрового управления электроприводами и производ ственными процессами распространение получили датчики ско рости, которые представляют собой электронный преобразова тель непрерывного сигнала в дискретный, а затем опять в не прерывный сигнал необходимой физической природы (обычно электрическое напряжение). Возможно использование сигнала непосредственно в дискретной форме. Примером может слу жить датчик скорости, описанный в работе [7]. Датчик состоит
ю |
-5 А |
|
та |
Т Г |
|
|
||
Sf |
^J* |
|
s |
и |
|
*5 |
||
н |
||
о |
|
|
|
о |
|
|
ся |
|
|
• |
|
|
Н |
|
|
< |
|
|
со |
|
|
<N |
|
|
■ |
|
|
< |
u
<?
cf
H
wwi-ff doiBdsHaj Ипнввф
•xadi нян -нойхннэ
|
С |
|
t-, |
|
H |
|
b |
|
? |
|
со |
|
O |
|
? |
|
e* |
|
о |
|
? |
а |
3 |
0 |
|
а. |
O |
1 |
CM |
I |
|
си |
4 |
5 |
U |
2 |
|
8 |
|
та |
|
н |
•3 |
|
|
I |
g |
I |
a |
Си |
O |
О |
E |
н |
|
та |
|
g |
|
6 |
|
X
1 1 5 |
0 . 0 6 0 , 0 1 1 |
4 0 0 9 0 0 0 |
|
о |
о ° |
«=>о |
|
*1© |
|||
|
° о |
||
|
° © |
|
|
|
© |
|
|
о |
Cl г- |
|
|
<N О |
2 © |
||
|
•О |
||
|
© О- |
о |
|
о |
© |
||
SS |
8 g |
||
= |
o °. |
До |
|
|
|||
|
гл 00 |
© |
|
Cl |
~© |
O © |
|
© TJ* |
|||
|
|
CM |
|
° |
,-00 |
oo |
|
2 ° |
|||
* |
-O |
LO тг |
|
|
|
Cl |
|
I |
I' |
|
|
|
© |
O |
|
|
O |
||
|
g |
||
|
|
||
|
»3 |
O |
|
CM |
IO |
||
|
|
||
|
1^ |
|
|
N. |
coo |
12 |
|
CM ©-Q- |
|||
|
© |
|
|
|
© CO |
O |
|
|
o o |
II°© |
|
|
|
||
|
too |
O |
|
|
0 —1 |
° |
|
|
o o |
I© |
|
|
|
||
O |
Ю© |
O |
|
O© |
|||
« |
© o |
!° |
|
|
© O |
I© |
|
|
|
||
O |
ю —* |
о |
|
©Cl |
|||
|
|
° |
|
—* oo |
I© |
||
|
O© |
|
|
_ |
CO10 |
O |
|
2 |
®g |
° |
|
~ |
O * |
I© |
|
CO |
w j; О S^aSlл cg v»j —.
CMufaTsMîrS &
из металлического диска с зубца ми, укрепленного на валу электро двигателя; бесконтактного выклю чателя, в прорези которого враща ется диск с зубцами, и электрон ного устройства, преобразующего частоту электрических импульсов бесконтактного выключателя в электрическое напряжение, про порциональное частоте вращения: вала. Достоинством подобных дат чиков скорости является отсутст вие трущихся частей, что способст вует значительному увеличению срока службы по сравнению с тахогенераторами. Недостатком их является сравнительная сложность- и, как следствие, большая стои мость.
Для контроля силы тока элек
тродвигателей |
и других устройств |
|
применяются |
датчики |
тока. Они |
предназначены |
для |
преобразова |
ния тока какой-либо цепи в элек трическое напряжение, пропорцио
нальное |
силе тока, |
причем |
цепь- |
||
тока |
и |
выходная |
цепь должны |
||
быть |
гальванически |
развязаны. В. |
|||
тиристорном |
регулируемом |
элек |
|||
троприводе |
обычно |
контролируют |
|||
переменный |
ток, поэтому |
датчик: |
тока выполняют на основе транс форматоров тока (рис. 18). Такой)
датчик |
состоит |
из |
одного, |
двух-, |
||
или |
трех трансформаторов |
тока- |
||||
7Т, |
однофазного |
мостового |
илю |
|||
трехфазного мостового |
выпрямите |
|||||
ля |
U, балластного |
сопротивления |
||||
R, выполняющего также роль де |
||||||
лителя |
напряжения. |
|
Если выход |
|||
ной |
сигнал датчика |
|
тока |
имеет |
||
недопустимый уровень |
пульсаций,, |
|||||
то |
применяют |
|
сглаживающий |
|||
фильтр, |
например |
|
состоящий из» |
|||
RC цепей. |
|
|
регулируемо^ |
|||
При |
разработке |
го электропривода и систем авто матического управления лифтами:
и
Фис. 18. Датчики тока:
с — с однофазным входом; б —с трехфазным входом
все чаще применяют цифровые и аналоговые интегральные микросхемы, среди которых особое значение имеют логические элементы и операционные усилители.
Отечественная электронная промышленность изготовляет ряд серий логических элементов различного назначения [19]. Среди них наибольшее распространение получили цифровые микро схемы серии К155. В последние годы разработана новая серия ■микросхем К511, являющаяся высокопомехоустойчивой и наи- -более пригодной для применения на лифтах.
Микросхемы на логических элементах серии ТТЛ К155 с ба зовым элементом И — НЕ построены на основе многоэмиттериого транзистора. Общий вид корпуса, схема двухвходового эле
мента И — НЕ |
и схема входов и выходов одного корпуса эле |
|||
ментов К155ЛАЗ приведены на рис. 19, а — в. |
элементы: |
|||
В состав микросхем серий |
входят |
следующие |
||
К155ЛА1 — два |
элемента |
4И — НЕ; |
К155ЛА2 — элемент |
|
8 И — НЕ; К155ЛАЗ — четыре элемента 2И — НЕ; |
К155ЛА4 — |
три элемента ЗИ — НЕ; К155ЛА6 — два элемента. 4И — НЕ с ■большим коэффициентом разветвления; К155ЛА7 — два элемен та 4И — НЕ -с открытым коллекторным выходом (элементы ин
дикации) ; Ю55ЛА8 — четыре элемента 2И — НЕ |
с открытым |
|
•коллекторным выходом (элементы |
контроля); К155ЛР1— два |
|
элемента 2И — 2ИЛИ — НЕ, один |
расширяемый |
по функции |
ИЛИ; К155ЛРЗ — элемент 2—2—2—ЗИ — 4ИЛИ — НЕ с воз можностью расширения по ИЛИ; К155ЛР4 — элемент 4 — 4И — 2ИЛИ — НЕ с возможностью расширения по ИЛИ; К155ТВ1 —
.//(-триггер с логикой ЗИ на. входе; KI55TB2 —два D-триггера; |
|
К155ИР1— универсальный |
четырехразрядный сдвиговый ре |
гистр; К155ИЕ1— декадный |
счетчик с фазоимпульсным пред |
ставлением информации; К155ЛП1— два четырехвходовых рас ширителя по функции ИЛИ; К155ЛПЗ — восьмивходовый рас ширитель по функции ИЛИ.
Питание каждого корпуса осуществляется от источника по стоянного тока с напряжением положительной полярности Еп=
— 5В±5% и подводится к выводам: 7 — общему, 14---- Н5В.
Напряжение логического нуля «О» составляет не более 4-0,4 В*, напряжение логической единицы «1» — не менее 2,4 В. Входной,
ток при логическом нуле «0» не более— 1,6 мА, при |
логической |
единице «1» — не более 4-40 мкА. Выходной ток |
логического, |
элемента зависит от его типа и для элементов К155ЛА7 дости гает 30 мА, а для элементов К155ЛА8— 16 мА. Более подроб ные сведения о микросхемах этой серии приводятся в справоч
никах.
Для согласования микросхем серии К155 с другими устрой ствами следует применять устройства типа оптронов. В ряде случаев весьма удобны оптроны типа АОУЮЗ, входной ток кото рых соответствует выходным токам логических элементов.
Более совершенной серией логических микросхем, отличаю щейся более высоким напряжением питания (4-15В), высокой, помехоустойчивостью и большим допуском на отклонение на пряжения питания от номинального ( ± 1 0 % и более), являет ся серия К511. Микросхемы серии К511 представляют собой си стему элементов транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) и
диодов Зенера.
В состав микросхем серии входят следующие элементы:
К511ЛА1— четыре логических элемента 2И — НЕ; |
К511ЛА2 — |
три логических элемента ЗИ—НЕ; К511ЛАЗ — два |
логических |
элемента 4И — НЕ; К511ЛА4 — два логических |
элемента |
4И — НЕ с расширением по функции И; К511ЛА5 — четыре ло гических элемента 2И — НЕ с пассивным выходом; К511ЛИ1 — два логических элемента 4И с расширением по функции И и от крытым коллекторным выходом; К511ПУ1 — преобразователь высокого уровня в низкий: два логических элемента 2 И — НЕ и
два логических элемента НЕ с расширением |
по функции |
И; |
К511ПУ2 — преобразователь низкого уровня |
в высокий: |
два' |
логических элемента 2И—НЕ и два логических элемента НЕ с
расширением по функции И; |
К511ТВ1— два JK-триггера;. |
К511ИЕ1 — двоично-десятичный |
счетчик; К511ИД-1 — дешиф |
ратор-преобразователь двоично-десятичного кода в десятичный. Микросхемы работают в интервале температур от —10 до-1
4-70°С, допускаются вибрация с ускорением до 1 0 g |
в диапазо |
не частот 1—600 Гц и удары до 75 g. Гарантийная |
наработка. |
10 тыс. ч. Срок сохранности 6 лет. |
|
Основным элементом микросхем серии К511 является эле мент И—НЕ.
Логический элемент И—НЕ состоит из четырех частей (см.
рис. |
19, 2). Часть I — логические вентильные входы |
(функции |
И) |
на транзисторах типа р-п-р, здесь же выполняется |
функция |
усиления. Часть II — буферный усилитель, определяющий дина мическую помехоустойчивость сигналов. Часть III — диод Зене ра V7 с пороговым напряжением 6 В; в результате применения; диода достигается высокая статическая помехоустойчивостьЧасть IV — выходной инвертор.
Микросхемы обеспечивают сигналы логического нуля «О» на уровне не более 1,5 В и логической единицы «1» — не менее 12 В. Статическая помехоустойчивость сигналов по постоянному току AFn^4,5 В.
При применении логических микросхем следует руководст воваться указаниями заводов-изготовителей и рекомендациями, приводимыми в справочниках по интегральным микросхемам.
Синтез устройств на базе логических микросхем осуществля ют, используя аппарат алгебры логики и методы, разработанные специально для проектирования дискретных логических уст ройств [13, 16]. Элементы этих устройств являются двухпози ционными приборами, т. е. приборами, которые по условиям ра боты могут находиться лишь в одном из двух различных устой чивых состояний.
Среди разнообразных бесконтактных усилительных уст ройств следует выделить операционные (решающие) усилите ли, так как они занимают особое место в современной автома тике и в автоматизированном электроприводе. Операционный усилитель представляет собой усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления (порядка 105—106). Экви валентная схема усилителя постоянного тока с большим коэф фициентом усиления показана на рис. 20, а. В этой схеме опера торные входное t/цх и выходное напряжения и ъых антифазиы, т. е. при положительной полярности входного напряжения вы ходное напряжение имеет отрицательную полярность и наобо рот. Обычно выходное сопротивление ZBI>1Xпри проектировании
Рис. 19. Логические микросхемы серии К155:
а — общий |
вид корпуса; б — схема двухвходового элемента И—НЕ; в —схема входов |
и выходов |
корпуса с элементами К155ЛАЗ; а —схема базового элемента И—НЕ серин |
Uôbix
Ut —0
zz
Z3
6)
-ce
Рис. 20. Операционный усилитель (схемы даны в операторной форме):
а — эквивалентная схема усилителя постоянного тока; б —схема включения операционного усили теля с отрицательной обратной связью; в — схе ма включения операционного усилителя для опе рации суммирования
выбирают сравнительно небольшим, а входное сопротивление
ZBX— большим. При наличии обратной связи |
между входом и |
|
выходом через сопротивление |
Z oc включают |
дополнительное |
сопротивление Z\ (рис. 20, б), |
так как при работе усилителя с |
отрицательной обратной связью эквивалентное входное сопро тивление усилителя резко уменьшается. Параметры усилителя с обратной связью можно получить с помощью схемы (рис. 20, б),
полагая коэффициент усиления усилителя |
без обратной |
связи |
|
£о= £вых/С/вх«£Ашх/^вх [3]. При этом для |
усилителя |
с |
обрат |
ной связью входное сопротивление Z BS.0c, |
выходное |
сопротив |
ление ZBbIx.0Cи коэффициент усиления k имеют вид:
где Zn — сопротивление потребителя.
Так как обычно k0= 105-^ 10е, то ZDbtK.0C< ZBbtx;
ZBX.OC« ^ ах и k = UEHX(U — Zoc/Zj_.
С помощью операционного усилителя можно выполнять сум мирование, инвертирование, умножение на постоянный коэффи циент, интегрирование, дифференцирование и т. д.
При суммировании нескольких напряжений на вход опера-
ционного усилителя А (рис. 20, в) включают соответствующее число сопротивлений: Zx= Rlt Z2 = R2, Z3 == R3 и т. д., а в цепь обратной связи включают сопротивление Z0C=R0с. Тогда, учитывая приведенные выше соотношения, из которых следует, что у операционного усилителя UBXæ 0, в соответствии с пер вым законом Кирхгофа получим
ЧВЫХ = — |
Яос (Ui / R i + U2/ R 2 ~Ь щ ! R 3 + |
.). |
В частном случае, когда Ri = R2 =R2 — ...=R, |
||
^ВЫХ = |
Я 0С (^1 “I- ^2 “Т ^3 Т |
•)IR• |
Рассмотренная операция является алгебраическим суммиро ванием. Операция вычитания или сравнения двух величин — это суммирование положительной и отрицательной величин. Из последнего выражения также видно, что с помощью операцион ного усилителя можно умножать на постоянную величину
—Roc/R и в частном случае на —1, когда Roc^R.
Для выполнения операции интегрирования на вход усили
теля включают резистор, а в цепь обратной |
связи — конденса |
тор.. Тогда операторные сопротивления Z\ = R\ |
и Z0C= l/C 0cS, где |
5 — оператор Лапласа. В этом случае операторное выражение выходного напряжения имеет вид
U(s) |
и (S) |
^1^0CS |
г,,s |
где T,j=/?iC0c — постоянная времени интегрирования.
Вид оригинала выходного напряжения зависит от мгновен ного напряжения сигнала и. Если u= U = const, то U(s) — U/s и оригинал выходного напряжения представляет собой линейную функцию. Так, при нулевых начальных условиях, когда при t=0 и и = 0, получим
|
|
^вых = |
% ■ |
|
|
|
Для выполнения дифференцирования следует принять Zt= |
||||||
= 1/Cis и Z0C=R0C. Тогда |
|
|
|
|
||
Uт |
(s) = — Щг. U (s) = - |
Rx ClSU (s) = - |
iRsU (s). |
|||
Если входное |
напряжение |
сигнала — линейная |
функция |
|||
времени, например |
U 4 |
|
|
|
|
|
и = — г, то |
|
|
|
|
||
U(s) = |
U |
|
V |
^вых |
^ - l / = |
const, |
TS- |
|
|
|
т |
|
Отечественной электронной промышленностью освоено про изводство операционных усилителей — микросхем. Выпуска ется ряд типов усилителей, различающихся по назначению, схеме, технологии и т. д. Наиболее совершенными операцион-
Рис. 21. Схема интегральных операционных усилителей К551УД1А и К551УД1Б
ными усилителями являются усилитель-микросхема К551УД1А и К551УД1Б. Принципиальная схема микросхемы приведена на рис. 21. Микросхема представляет собой интегральный опера ционный усилитель в восьмивыводном корпусе 301.8-2. Усили тель допускает следующие предельные режимы эксплуатации: напряжение питания ±16,5 В; входное дифференциальное на пряжение ±5 В; синфазное входное напряжение ±13,5 В; мощ-
Т а б л и ц а 6
Основные электрические характеристики
Показатель |
К551УД1А |
К551УД1В |
Коэффициент усиления при выходном напряжении ± 10 В |
5< 105 |
2,5* Ю5 |
и сопротивлении нагрузки 2 кОм, не менее |
|
±10 |
Выходное напряжение при сопротивлении нагрузки 2 кОм, |
±10 |
|
В, не менее |
|
|
Напряжение питания, В: |
|
± 1 5 |
первый источник |
± 15 |
|
второй источник |
—15 |
—15 |
Напряжение смещения при сопротивлении генератора и со |
1,5 |
2,5 |
противлении нагрузки 10 кОм, мВ, не более |
|
|