2 Информационный канал электропривода.
Для обеспечения корректного управления электроприводом необходимо получать информацию о механических (момент, частота вращения) и электрических (ток, напряжение) параметрах. По типу выходного сигнала используемые датчики могут быть разделены на аналоговые и цифровые. При реализации относительно сложных алгоритмов управления рационально применение в качестве основы системы управления электропривода современной микропроцессорной техники, предназначенной для работы в условиях технологической установки – микроконтроллеров.
2.1 Датчики электрических параметров
Датчики тока применяют не только для обеспечения корректного управления, но и для защиты системы электропривода от токовой перегрузки.
Наиболее простым датчиком тока является измерительный резистор Rизм, по падению напряжения ΔU на котором определяется мгновенное значение протекающего тока I (рис.3).
Рис.3. Использование измерительного резистора
Кроме простоты и относительно небольшой стоимости измерительные резисторы отличаются линейной характеристикой и малой погрешностью измерения. Однако при использовании измерительных резисторов в электрической цепи электропривода возникают дополнительные омические потери, что снижает КПД. Кроме того, точность измерения падает с ростом температуры измерительного резистора.
В качестве датчика тока используются также измерительные трансформаторы (рис. 4)
Рис.4. Схема использования измерительного трансформатора.
Измерительные трансформаторы относительно просты, устойчивы к возникновению помех и не требуют дополнительных источников питания. Среди недостатков можно отметить невозможность использования в цепях постоянного тока, а также влияние насыщения магнитопровода измерительного трансформатора на точность измерения.
В подавляющем большинстве современных систем электропривода в качестве датчиков электрических параметров нашли применение датчики, основанные на эффекте Холла – эффекте возникновения поперечной ЭДС в проводнике, помещенном в магнитное поле. Такие датчики просты в исполнении, компактны, дешевы и обладают высокой точностью измерения.
2.2 Датчики механических параметров
Наиболее часто в системах электропривода используются датчики частоты вращения (положения ротора) – для регулирования по величине частоты вращения или перемещения исполнительного органа, а также для реализации эффективных алгоритмов управления.
Самым простым датчиком частоты вращения является тахогенератор – небольшой маломощный генератор постоянного или переменного тока, выходное напряжение которого пропорционально частоте вращения. Среди недостатков таких датчиков можно отметить относительно низкую точность измерения на низких частотах вращения, а также влияние насыщения магнитопровода на точность измерения.
В системах электропривода находят применение датчики положения, основанные на эффекте Холла. Конструктивно такой тип датчиков, как правило, исполняется в виде подшипника качения и может компактно размещаться в подшипниковом узле электродвигателя. Такое датчики просты в использовании, обеспечивают достаточно высокую точность измерения.
Оптоэлектронные датчики положения основаны на использовании оптопар (как правило, фототранзистор+светодиод) и прерывателя (кодового диска), как показано на рис. 5.
Рис.5. Оптоэлектронный датчик положения
а – оптопара (1 – корпус, 2 – светодиод, 3 – фототранзистор, 4 – крепежный элемент); б – датчик положения (1 – корпус оптопары, 2 – светодиод, 3 – фототранзистор, 4 – прерыватель (кодовый диск), 5 - вал ).
Такой тип датчиков прост в исполнении и монтаже, обеспечивает на выходе информацию в цифровом виде, но имеет сравнительно низкую точность измерения.
В системах электропривода применяются также конечные и путевые выключатели. Конечные применяются для предотвращения выхода исполнительного органа из допустимой зоны (датчики переподъема в грузовых механизмах). Путевые выключатели используются для получения информации о промежуточных значениях положения исполнительного органа (например, в лифтах).