Oct 232015
 

Тиристорите са управляеми многослойни диоди. Те са полупроводникови елементи и имат нелинейна волт-амперна характеристика с две стабилни състояния – с ниска и висока проводимост. Тиристорите са основни елементи в силнотоковата електротехника. Използват се като заместител на различни контактори и релета в пускови схеми, регулатори, токоизправители, инвертори, автоматични устройства и др., защото при тях липсват комутиращи части и това обуславя по-голямата им бързина и по-дълъг живот. Наименованието идва от комбинацията на названията на два елемента: тиратрон и транзистор. Тиристорите могат да бъдат маломощни, със средна мощност и мощни. Мощните тиристори се използват като електронни ключове за превключване на напрежения от порядъка на 500 до 1000 волта и токове в диапазона 50 до 500 ампера. Използва се качеството на тиристора да превключва много високи токове в анодната верига чрез много ниска мощност на управляващия сигнал. Така тиристорът превключва бързо и надеждно вериги с високи напрежения и токове. Основните параметри на тиристорите са: ток в права посока, управляващ ток, максимално обратно напрежение и управляващо напрежение. Тиристорът се отпушва с положителен входен ток, само ако анодното му напрежение е положително. Когато анодното напрежение е отрицателно, тиристорът остава запушен. Отпушеният тиристор има еднопосочна, а не двупосочна проводимост, точно като диод.

tiristor

 

Устройство на тиристора

Тиристорът има 4 полупроводникови области P1-N1-P2-N2 и три прехода. Крайните преходи се наричат емитерни а средния – колекторен. Електродът свързан към областта P1 се нарича анод, а свързания към N2 областта – катод. Управляващият електрод е свързан към P2 областта. Областите N1 и P2 се наричат бази, а крайните преходи P1 и N2 се наричат емитери.. Материалът от който се правят най-често тиристорите е силиций Si, а технологията е сплавна, дифузна или планарна.

tiristor tablet

При подаване на напрежение между анода и катода, преходите P1 – N1 и P2 – N2 свързани в права посока, протича ток на утечка от обратно свързания преход N1 – P2. Ако увеличим напрежението, токът на утечка също нараства и задейства транзисторен ефект през слоя P2.

Поради голямата разнообразие от тиристорни конструкции, се използват различни видове корпуси. Така например мощните тиристори се херметизират в метални корпуси с винт и металокерамични дискови корпуси. Полупроводниковата структура не се запоява към основата, а се притиска с пружини и по този начин се осъществява механично електрическия контакт с външните изводи. По този начин се постига висока надеждност, защото се компенсират линейните разширения в различните материали. Охлаждането на тиристора се осъществява чрез изкуствена и естествена конвекция. Често към тиристора се монтира оребрен алуминиев или меден радиатор, който да отвежда топлината. При най-мощните тиристори се прибягва и до водно охлаждане.

Има тиристори с един управляващ електрод. Той се нарича триелектроден тиристор, тринистор или само тиристор. Има и тиристор без управляващ електрод, който се нарича диоден тиристор или динистор, но той не е намерил широко приложение.

Триак

Симисторът (симетричен триоден тиристор) или триак (англ. triac — triode for alternating current) е полупроводников елемент, разновидност на тиристора и се използва за комутация във вериги за променлив ток. В електрониката често се разглежда като управляем ключ. За разлика от тиристора, който има анод и катод, при триака, основните (силовите) изводи не е коректно да се наричат анод и катод, защото в процеса на работа те разменят местата си (анода става катод и обратно).

Simistor_

Характерно за симистора е, че при отпушено състояние, той има проводимост и в двете посоки. Друга характерна негова особеност е, че за поддържането на отпушеното му състояние не е необходимо да се подава непрекъснато сигнал на управляващия електрод (за разлика от транзистора). Триакът остава отворен, докато протичащия през основните му изводи ток е по-голям от определена величина, наречена ток на удържане. Симисторът е изобретен от Валентин Василенко на 22 юни 1963г. Симисторът има петслойна полупроводникова структура, т.е. 5 PN-прехода.

simistor shema

Опростено симисторът може да се представи като два триодни тиристора (тринистора), включени паралелно противоположно, но управлението на симистора се отличава от управлението на два тринистора включени противоположно паралелно. Волт-амперната характеристика на симистора е симетрична спряма началото на координатната система.

simistor

За отключването на триак на неговия управляващ електрод се подава напрежение по отношение на неговия условен катод. Полярността на подаваното напрежение или трябва да е отрицателна или трябва да съвпада с полярността на условния анод. Поради тази причина се използва такъв метод на управление на триака, при който сигнала на управляващия електрод се подава към условния анод чрез токоограничителен резистор и изключвател. Често е удобно да се управлява  симистора, като се задава определена сила на тока на управляващия електрод, достатъчна за отпушване на симистора.

simistor2

При използването на симистора има известни ограничения. Едно от тях е свързано с индуктивни товари. Ограничението касае скоростта на изменение на напрежението dU/dt между основните електроди на симистора и скоростта на изменение на работния ток di/dt. Ускорението на изменението на напрежението, както и големината на това напрежение, може да доведе до нежелано отпушване на триака. Ускорението на нарастването на тока между основните електроди, както и големината на този ток, може да доведе до изгарянето на симистора. Съществуват и други параметри, които ограничават използването на симистора в съответствие с пределно-допустимите режими на експлоатация. Към тези параметри се отнасят тока и напрежението на управляващия електрод, температурата на корпуса, разсейваната за единица време мощност и др. Опасността от увеличението на скоростта на нарастване на тока се състои в следното. Благодарение на дълбоката положителна обратна връзка, преминаването на симистора в отпушено състояние се осъществява лавинообразно. Независимо от това процеса на отпушване все пак трае няколко микросекунди, през които към симистора са приложени едновременно голям ток и голямо напрежение. Затова мигновената мощност на триака по време на отпушване може да достигне много голяма величина. Това е съпроводено с отделяне на топлинна енергия, която не успява за толкова кратък период да се разсее и може да доведе до прегряване и повреждане на кристала. Един от начините да се защити триака от вълната на напрежението при работа с индуктивен товар е включването на варистор паралелно на основните изводи на симистора. За защита от ускоряването на изменението на напрежението се използва RC верига включена аналогично. Защитата на триака от превишение на скоростта на нарастването на тока  заваси от вътрешното съпротиврление и индуктивността на захранващия източник и товара. Ако триака работи с капацитивен товар е нужно до са постави във електрическата верига неголяма индуктивност.

 

Двупосочността на симисторите ги прави широкоприложими в в безконтактните регулатори за променлив ток, за контрол на нискомощни индуктивни товари, димируеми осветителни тела и пр.

Oct 132015
 

Електронни елементи се наричат съставните части на електронната схема. Електронните елементи и компоненти са изграждащите елементи на електрониката. Имат два или повече извода и се свързват чрез запояване. Чрез печатни платки и електронни елементи се изграждат електронни схеми, които изпълняват определени функции. Все по-често те се интегрират в микропроцесори, миниатюризират се и стават част от масиви и интегрални схеми, но тогава говорим за микроелектроника. Електронните елементи се делят на активни и пасивни.

operacionen usilvatel

Пасивни електронни елементи

При пасивните електронни елементи волт-амперната характеристика е линейна. Това са базови елементи, които можем да открием практически във всяка електронна схема на радиоелектронната апаратура. Най характерни сред тях са :

  • съпротивления (резистори). Резисторът се използва в електрониката като ограничител на напрежението. Детерминиращия параметър е неговото омическо съпротивление. То е посочено върху корпуса му чрез цветен код. Материалът, от който е направен резистора е вид диелектрик.  Резисторите се произвеждат със стандартизирани стойности. Върху съпротивлението на резистора влияят различни външни фактори, най-силен от които е температурата.
  • кондензатори. Кондензаторът е електронен елемент, който има способността да съхранява електрическата енергия. Специфичното за него е, че е полярен – има положителен и отрицателен полюс. Както при резистора и при кондензатора, информация за неговия капацитет дава цветния код за кондензатори.
  • кварцов резонатор

и др.

Активните електронни елементи имат нелинейна волт-амперна характеристика. по-популярни сред тях са:

  • транзистор
  • тиристор
  • варистор
  • диод
  • оптрон
  • кварцов генератор
  • триаци, диаци и др.

За тези и други електронни елементи в настоящия блог има отделни статии, затова тук няма да се спирам на техните видове, принцип на работа и приложение. Тук ще разгледаме някои от електронните елементи, намиращи най-често приложение в електрониката, оптоелектрониката, радиотехниката и автоелектрониката.

Варистори

Варисторите са нелинейни полупроводникови съпротивителни елементи със симетрична волт амперна характеристика. Съпротивлението на варисторите се променя в зависимост от напрежението, приложено върху тях. Варисторът има като основна своя характеристика прагова стойност на напрежението. Когато напрежението я достигне, варисторът увеличава съпротивлението си до безкрайност и през него не протича електрически ток. Други параметри, служещи за избор на варистори са работен ток и максимална разсейвана мощност, която ако се превиши, варистора може да изгори. Варисторите се свързват паралелно в електрическата верига и служат за защита на други електронни елементи или устройства в схемите от възникнали пикови импулсни напрежения от мълнии, неизправности в мрежата и др. Означението на варисторите е VDR (voltage dependent resistor), а името им се образува от  varable resistor.

Кварцов генератор

При кварцовия генератор, за разлика от кварцовия резонатор, който използва ефектът на поляризация на диелектрик под механично налягане, наречена пиезоефект, се използва обратния пиезоефект. При подаване на променливо напрежение между електродите на кварцов резонатор в него възникват механични трептения, които са пропорционални на интензитета на приложеното електрическо поле. В пластината на кварцовия генератор възникват различни видове трептения, които зависят от формата на пластината. В резултат на разтрептяването на пластината с определена честота може да възникне последователен резонанс, при което амплитудата на трептенията става максимална, а електрическото съпротивление между двата електрода минимално. Кварцовият генератор се състои от кварцова пластина SiO₂ два електрода и корпус.

Триак (симистор)

Симисторите, известни още и като симетрични тиристори или триаци (англ. triac — triode for alternating current) са полупроводникови елементи от групата на тиристорите. Симисторът е проектиран при използване на петслойна структура и има двупосочно регулируема проводимост. Петслойната структурата с четири прехода между тях може да се разглежда като обединение на два тиристора. Отпушването на двата тиристора се извършва чрез импулси на управляващия ток с една и съща полярност. Двупосочността на симисторите ги прави приложими в безконтактните регулатори за променлив ток, за контрол на индуктивни товари с малка мощност, регулируеми осветителни тела и др.

Оптоелементи

Оптоелементите или фотоелементите са полупроводникови фотоелектрически компонент, преобразуващ светлинната енергия в електрическа или обратно. Прилагат се в сензори за светлина, киномашини, автоматиката, електронните схеми и др. Нека за по-голяма яснота разгледаме някои оптоелементи:

оптронът е електронен елемент, който се използва за прехвърляне на електрически сигнал между две галванично изолирани вериги, посредством светлина. Оптронът предпазва системата приемаща сигнала от образуването на пренапрежение. Най-често се състоят от източник на светлина (светодиод) и фототранзистор монтирани в един корпус.

фототранзисторът е високочувствителен полупроводников  слабоинерционен преобразувател на светлинни сигнали в електрически. Фототранзисторите могат да усилват електрическия поток,  генериран чрез светлина. Фототранзисторите се предпочитани пред фотодиодите при необходимост от голяма мощност на изхода.За емитер се използва падащият светлинен сноп.

фотодиодът е полупроводников високочувствителен нискоинерционен преобразувател на светлинни сигнали в електрически ток чрез фотоелектричен ефект на PN прехода.

fotodiod

фоторезисторът е полупроводников елемент, омическото съпротивление на който, зависи от степента на осветеност. Принципът на действие на фоторезистора е явлението фотопроводимост на полупроводниците. Фотопроводимостта е увеличаване на електрическата проводимост на полупроводници под действието на светлината. Причината за фотопроводимостта е повишаване на концентрацията на носителите на заряд – електроните в зоната на проводимост и дупките във валентната зона. Светлочувствителният слой от полупроводников материал е разположен между двата токопроводящи електрода. Под влияние на светлинния поток електрическо съпротивление на слоя се променя няколко пъти (при някои видове фоторезистори то намалява с два-три порядъка).

Тиристор
 Тиристорът е полупроводников електронен елемент, управляем диод. Използва се като електронен ключ, чрез който се превключват електрически вериги с високо напрежение и големи токове. Прилага се в пускови схеми, токоизправители, регулатори и др.
 Транзистор

Транзисторът е полупроводников елемент, който се състои от три извода и три последователно съединени зони с различно легиране, което определя прехода на транзистора (PNP или NPN). Съществува голямо разнообразие от различни видове транзистори, като са се очертали две основни групи: биполярни и полеви транзистори. Най-важната особеност на биполярните транзистори е тази, че при тях има инжекция на токоносители през PN прехода и работния им ток се обуславя едновременно от два вида токоносители, откъдето идва и наименованието им биполярни.  При полевите транзистори липсва инжекция на токоносители през прехода и работния им ток се обуславя или само от електрони или само от дупки, поради това полевите транзистори се наричат още униполярни. Транзисторът може да се използва за усилване, комутация и преобразуване на електронен сигнал. Транзисторите са с огромно практическо приложение и са активни елементи в почти всички съвременни електронни устройства. Често се използват асемблирани в интегрални схеми и чипове. Най-общо, методът на работа на транзистора се базира на негово свойство да променя напрежение или токов импулс, пропуснат през едната двойка изводи. Изходящото напрежение или ток през друга двойка изводи е по-високо или респективно по-ниско. Основни видове транзистори са:

– IGBT. Наименованието IGBT идва от Insulated-Gate Bipolar Transistor. IGBT e триелектроден биполярен мощен електронен елемент използван главно като мощен електронен ключ в импулсни захранвания, инвертори и в системи за контрол на електрически задвижвания. IGBT съчетава качествата на два транзистора: полевите и биполярните – високо входно съпротивление при ниско ниво на управляващата мощност, както и ниска остатъчна стойност на напрежението при включено състояние.

tranzistor

 – JFET. JFET e полеви транзистор с управляващ PN – преход, наименованието JFET идва от Junction Field – Effect Transistor. В транзисторите JFET управлението на изходния ток се осъществява посредством входното напрежение.

 

– MOSFET. Наименованието MOSFET идва от metal–oxide–semiconductor field-effect transistor (метал–оксид–полупроводников транзистор с полеви ефект). Той представлява електронна версия на ключ. MOS ключове се използват широко в компютри, микропроцесори, памети, периферни схеми и други. Предимства: високо входно съпротивление, ниска консумация на мощност, по – добра температурна стабилност, слаба чувствителност към радиация. Използват се в силовата електроника, аудио техниката, медицинската електроника, интегралните схеми, компютърна, автомобилна, авиационна, космическа индустрии, домакински уреди и др. Могат да са два типа: P-канален MOS-P-FET и N-канален съответно MOS-N-FET.

– Биполярни. Биполярните транзистори са едни от най-разпространените полупроводникови елементи. Биполярните транзистори се класифицират по мощност: маломощни, средномощни и мощни; по гранична честота: нискочестотни — до 3 MHz, средночестотни — от 30 до 300 MHz и високочестотни — над 300 MHz; по редуването на прехода PNP и NPN; по използвания материал: силициеви или германиеви. Използват се за усилване, преобразуване и генериране на електрически сигнали. Биполярният транзистор е елемент, който се управлява с ток.

– Еднопреходни. При еднопреходните транзистори има две бази и един емитер. Еднопреходният транзистор е биполярен триелектроден елемент с един PN преход.

Пелтие елементи

Елементът на Пелтие представлява плочка с голям брой термодвойки (над 100). При подаване на електрически ток към изводите на елемента, едната му страна се загрява, а другата се изстудява. На загряващата се страна се слага охлаждащ радиатор, за да не прегрее. От степента на охлаждане на загрятата страна, зависи колко ниска ще стане температурата на студената страна. Използва се в диспенсърите за вода, хладилните чанти и др.

peltie

Кондензатори

Кондензаторите представляват пасивни електронни елементи, които могат да съхраняват електрически заряд, но също така пропускат преминаването на променлив ток през тях. Кондензаторът се състои от два или повече проводника, между които е поставен различен тип диелектрик. При наличие на потенциална разлика (напрежение) между двата проводника се поражда статично електрично поле, което е разделено от диелектрика на положителни и отрицателни заряди, съхранявани съответно при положителния и отрицателния полюс на кондензатора. Най-широка употреба, кондензаторите намират във вериги и системи, където се изисква блокирането на правотокови заряди и пропускането на променливотокови такива. В зависимост от строежа, разположението и формата на проводниците, както и типа на използвания диелектрик, кондензаторите могат да бъдат електролитни, филтърни, керамични, полипропиленови, хартиени, стирофлексни, танталови и др. Според приложението им са пускови, работни, филтър-кондензатори, тример-кондензатори и др.

Диоди

Диодите са полупроводникови елементи, снабдени с два извода – положителен и отрицателен (анод и катод). Диода се състои от полупроводников материал, който позволява протичането на ток само в едната посока, в зависимост от това как е проектиран диодът. В полупроводниковия материал, от който е съставен диодът, е създаден P-N преход. Всеки диод има характерна за него волт – амперна характеристика. Диодите са изключително разнообразни и се поделят на няколко големи групи, в зависимост от своя строеж, функция, мощност, честота и пр. Най-общо диодите могат да бъдат изправителни, ценерови, диоди на Шотки, фотодиоди, варикапи и др.

Интегрални схеми

Интегралната схема или чип е конфигурация от електронни елементи миниатюризирани и поставени върху силициева пластина. Интегралните схеми не могат да се разглеждат като електронен елемент. Те по-скоро представляват електронен компонент. В съвременната интегрална схема електронните елементи рядко съществуват в дискретен вид, те са вид микропроцесори или микроконтролери, работещи с двоичен код. В зависимост от електронните елементи, от които се състоят ИС са аналогови, цифрови и комбинирани. Аналоговите се състоят от пасивни електронни елементи – резистори и кондензатори, рядко транзистори, служат като сензори, захрнващи вериги, операционни усилватели и модифицират аналлогови сигнали. Цифровите се състоят главно от транзистори, логически елементи, тригерни елементи, микропроцесори. Работят с двоичната бройна система. Комбинираните интегрални схеми обработват както цифрови, така и аналогови сигнали.

 

 

 

Oct 082015
 
Джойстици

joystik

Джойстика е контролер с ръчно управление за плавно задвижване на устройства и електрически машини в различни направление. Използват се там, където посоката на движение на контролирания обеккт съвпада с посоката на движение на джойстика. Намират приложение за повдигане и спускане на предмети или част от управляваната машина (кран, електрокар) или преместване на изпълнителния механизъм в една равнина (по X и Y). Също често се използват в стоманодобивната и строителната промишленост, в управлението на металообработващи машини,, транспортни и конвейерни системи, контрол над роботи, електро-хидравлични системи и др.

Електромагнитни вентили

em ventil

Електромагнитните вентили осигуряват контрол над флуиди през различни тръбопроводи с помощта на електромагнитен механизъм. Има директни и мембанни електромагнитни вентили, с нормално отворени и нормално затворени контакти. Намират приложение топлотехниката, машиностроенето химическата и хранително-вкусовата промишленост и при автоматизиране на индустриални процеси.

Крайни и пътни изключватели

kraen izkliychvatel

Крайните изключватели са устройства с възвратно постъпателно движение за ограничаване хода на различни механизми. Представляват лостова система свързана с едни или повече контакти. Използват се като защити, блокировки, в терфери, хаспели, лентови транспортьори и др. Имат нормално отворени и нормално затворени контакти. Те са от контактен вид, имат механични движещи се части и имат както електрически, така и механичен живот. Имат контактен бутон или рамо с ролка.

 Ниворегулатори

nivoregulator

Ниворегулаторите се използват за поддържане на нивото на течности в определен диапазон. Когато нивото на течността достигне горна зададена граница, ниворегулатора отваря клапан, след намаляване на нивото до долна зададена граница, се включва помпа, която възстановява нивото на течността. Намират приложение за контрол на нивото в цистерни, резервоари, сондажи и др.

Таймери и релета за време

taymer

Таймерите включват и изключват електрически вериги според предварително зададен интервал от време. Таймерите могат да са циклични, т.е. да повтарят зададени цикли, многофункционални, с отложен старт и др. Могат също така да са електронни или електромеханични, които от своя страна могат да са  моторни, кварцово-механични, аналогови и т.н. Както и другите компоненти, служат за автоматизиране на производствени процеси.

 Сигнални лампи

signalni lampi

Лампите за сигнализация са неизменна част от автоматизираните системи за производство и транспорт. Има различни видове сигнални лампи: въртящи се, мигащи, различни цветове, някои са свързани със сирена. Монтират се на командния пулт или на движещите се части на машината. Сигналните лампи при различни пътни ремонти или сигналните лампи върху автомобилите със специален режим също намират широко приложение.

Средства за сигнализация, аларми

sirena

Освен различните индустриални, пиезо и моторни сирени и звънци, клаксони и зумери, в тази категория влизат детектори за счупени стъкла, паник бутони, детектори със звукова сигнализация за дим. Зумерите, например, се използват за сигнализация за включени фарове, като звукоизлъчватели в алармени системи и пожароизвестителни устройства. Устройството им включва пиезоелектрическа пластина, която при подадено към нея електричество осцилира с висока честота и произвежда звук. Зумерите са прадназначени да издават звук при наличие или отсъствие на предварително зададен параметър.

Термоконтролери

termokontroler

Контролерите са устройства  за измерване и поддържане на температура с широко приложение в бита и промишлеността. Те се използват за автоматизиране на производствени процеси, поддържане и отчитане на температурата на твърди тела, течности, газове и пр.

Методът на действие се основава на сравняването на температурата, измерена с термосензор (най-често термодвойка или термосъпротивление тип Pt100) с първоначално зададената от потребителя стойност. При разлика между двете стойности, термоконтролерът активира електрическа верига на изхода/изходите си и задейства допълнително устройство/устройства.

Основният принцип за диференциране на автоматичните регулатори на температура е законът за регулиране. Основните и най-често прилаганите в практиката са четири.

– терморегулатори с двупозиционен закон за регулиране: известен още и като ON/OFF. Това е най-простият, но същевременно и с най-ниско ниво на прецизност начин за отчитане и контрол на температурата.

– терморегулатор с трипозиционен закон на регулиране: обикновенно те задействат два релейни изхода, които управляват повече от едно устройства или привеждат в действие едно и също устройство в различни режими на работа.

– терморегулатори с пропорционален закон за регулиране (P закон): този закон за регулиране позволява значително по-висока прецизност, защото при подходяща настройка на уреда, може да се постигне плавното приближаване на регулираната величина към зададената такава, като същевременно се предотвратява нейното превишаване.

– терморегулатори с пропорционално-интегрално-диференциален закон за регулиране (PID/ПИД закон): чрез този закон за управление се постига оптимална прецизност и точност.

Фотоелектрични ключове

fotoklyuch

Фотодатчиците, наричани още фоточувствителни ключове служат за автоматично включване на външно осветление при намалена осветеност на околната среда. Те могат да бъдат интегрирани в самото осветително тяло или да бъдат разположени в близост до него. Основен техен компонент е фотосензора, реагиращ на светлина. Често тези фотоелектрически превключватели се използват за контрол и включване на уличното осветление в градовете или осветяването на паркове, пристанища, гари, общите части на летища, казарми, складови площи, но също така фасади на еднофамилни домове и вили, автоматично включване осветлението на витрини и др.. Това устройство може да работи без намесата на човека и това е основното му предимство. Не се влияе от лятно и зимно часово време, има много ниска собствена консумация и при по-сложните модели може да се настрои чувствителността му, посредством потенциометър, има разновидности и с външен датчик, свързан със самия превключвател с кабел, което позволява монтажа на ключа в елтаблото, а не навън, при неблагоприятни атмосферни условия.

Честотни инвертори

chestoten invertor

Честотния инвертор е устройство, което преобразува подадено напрежение и честота на захранването в изменящи се напрежение и честота. Монтира се между захранването и двигателя и позволява един стандартен двигател да се превърне в гъвкава система с променливоскоростно задвижване. Не са за пренебрегване и допълнителните ползи от използването на честотен инвертор в системата. Те са много и разнообразни – като се започне от това, че може да се стартира двигателя плавно, без нарастване на пусковия ток; осъществяване на високоефективно динамично спиране; повишаване на cosϕ, без използването на кондензатори; съществено понижаване на енергийните разходи при двигатели с променлив режим на натоварване например, при помпи и вентилатори, начина на регулиране на флуида, който те задвижват, е чрез различни видове клапани и жалузи, при което мощността и респ. консумацията на енергия на двигателя остава неизменна, като голяма част от ефективната мощност се губи за преодоляване на преградата по пътя на флуида, ако обаче се използва честотен инвертор за регулиране скоростта на електродвигателя, консумираната мощност се намалява пропорционално на напора на витлото, което води до значителна икономия на енергия, имаме пълен контрол на работата на електродвигателя-напрежение, ток, скорост на вала, въртящ момент, време за развъртане, време за спиране и т.н., благодарение на плавния режим на работа се повишава експлоатационния живот на всеки компонент на електрооборудването и накрая стигаме до възможност от защита от претоварване.

Хидравлични и пневматични превключватели

pnevmatichen prevklyuchvatel

Пневматичните и хидравличните устройства се използват за изграждане на системи за автоматизация. Хидравличните превключватели се различава от пневматиката по флуида, с който работи. При хидравликата работния флуид е течност, докато при пневматиката устройствата работят с газове, като пара, въздух под налягане и др.

Фоторастерен преобразувател

fotorasteren preobrazuvatel

Фоторастерните преобразуватели преобразуват ъглови величини в електрически импулси, които се отчитат чрез електронни броячи. Използват се в рототехнологиите автоматизацията на дозиращи и контролни уреди, в автоматизираното проектиране и др.

Пресостати

presostat

Пресостатите са механични устройства за автоматично управление на изпълнителни механизми работещи под налягане. Пресостатите са устройства които включват и изключват дадени вериги при достигане на предварително зададено налягане. Намират приложение в климатични системи, парни машини и др.системи работещи под налягане.

Контактни и индикаторни манометри

manometer

Манометрите са уреди за измерване на налягането на газове и течности.Те се делят на няколко групи.

– индикаторните манометри, които само показват стойността на налягането в конкретен възел от системата;

– контактните манометри, които също показват стойността на налягането, но имат възможност за поддържане на определена стойност в определени граници. При тях има възможност за настройка на долна и горна граница, като всяка е обвързана с контактна система, която включва или изключва (комутира) даден механизъм при достигане на зададените две нива на налягане.

Електронни спомагателни устройства за автоматика

електронен потенциометър

Този вид устройства се най-разнообразни, затова ще се спрем на най-характерните от тях.

– електронен потенциометър. Това е микропроцесорно устройство за управление на регулатори с аналогов вход. Регулаторите са управлявани чрез напрежение от тиристорни постояннотокови задвижвания, честотни инвертори и др.

– процес-индикатор. Микропроцесорно устройство предназначено да визуализира стойностите на технологични величини;

– блок за управление на магнит-вентил. Това устройство служи за управление на магнит вентил по сигнал от датчик и служи за контрол на нивото на течности в резервоари или насипни материали в складове.

 

 

 

 

 

Oct 082015
 

Автоматиката или още автоматизацията, представлява силно намаляване и дори изключване на намесата на човека в различни индустриални и технологични процеси, свързани с производството, проектирането, научните изследвания, добиването на полезни изкопаеми, управлението на машини и устройства, преработката и събирането на информация и др. Автоматиката включва не само технически средства и електронни устройства, но и систематични, статистически и математически методи за управление на машини и процеси. В съвременността прилаганите изчислителни методи копират нервните и мисловни функции на човека. За автоматизиране на даден процес е необходимо да има източник на информацията (напр. сензор), средство за преработване на информацията (процесор, чип), управляващо устройство (контролер), изпълнителен механизъм и обратна връзка. Този комплекс от механизми се възприема в своята цялост и се нарича система. Автоматиката има за цел освобождаването на човека от участието му в процеса на производство и други тежки, опасни или еднообразни дейности. Автоматизацията се счита за дял от научно-техническия прогрес, защото чрез нея се увеличава производителността на труда, качеството на продукцията и се намалява себестойността. Основните видове системи за автоматизация се наричат:

  • автоматизирана система за прогностика и планиране;
  • автоматизирана система за научни изследвания, разработки и експерименти;
  • автоматизирана система за проектиране на нови изделия;
  • гъвкави автоматизирани системи за производство;
  • автоматизирана система за управление на технологични процеси;
  • автоматизирана система за управление на машини и устройства.

При автоматизираните системи ролята на човека се свежда до избор на алгоритъм за машината, подбор на входящите данни и анализ на получените резултати. Намесата на човек също така се изисква при аварии или настъпване на непредвидени събития, нестандартни ситуации и решаване на нетипични задачи. С други думи, на човекът е отредена ролята на анализатор, мислител, креативно звено в системата.

Автоматизацията е невъзможна без компютъризацията, информатиката, електрониката, информатиката и роботизацията. Независимо от достиженията на автоматизираните системи огромна част от процесите в промишлеността и добиването на суровини могат да бъдат извършване единствено от човек. Все още няма компютър или устройство, което да си съперничи с човека като ниво на комплекса от сетивни и логически възприятия, разпознаване на логически модели, съзнаване на действителността, съобразителност и преценка. В други случаи човешката работна ръка е икономически по изгодно от сложно, времеемко и скъпоструващо автоматизиране на процесите.

Автоматиката се използва още в началото на ХХ век в телефонните централи, като навлиза с автоматичния телефонен номератор, първоначално работещ на базата на вакуумни лампи, а след това на превключващи релета и накрая става основа на създаването на компютъра. Други първи постижения на автоматизацията са при производството на хартия и валцуване на метал. Нововъведените контролери и релета ускоряват производствения процес и драстично намаляват себестойността на продукцията. Автоматизацията скоро навлиза в бита на хората, като се автоматизират процесите при обслужване на клиентите в заведенията за хранене. Някои ресторанти използват конвейерни ленти за сервирането на поръчките директно до масата на клиента, други използват кафе-автомати и автомати за напитки. В магазините също започва използването на принципите на автоматизацията по отношение на подреждането на стоката и въвеждането на самообслужването, за да достигнем в днешни дни до онлайн пазаруването, където дори отпада нуждата от физически съществуващ магазин. Стоката от склада отива направо към клиента, както е в онлайн магазина на Викиват.

Основните компоненти на автоматизираните системи са:

  • броячи (на импулси и на часове, електромеханични и електронни);
  • датчици (датчици на Хол, индуктивни датчици, капацитивни датчици, магнитни датчици, оптични датчици, температурни датчици, ултразвукови датчици, датчици за влага и др.);
  • джойстици;
  • електромагнитни вентили;
  • термостати;
  • крайни и пътни изключватели;
  • ниворегулатори за течностти;
  • таймери и релета за време;
  • сигнални лампи за пултове и транспортни средства;
  • средства за алармена сигнализация (сирени, звънци и др.)
  • термоконтролери;
  • фотоелектрически ключове;
  • честотни инвертори;
  • хидравлични и пневматични превключватели, кранове и разпределители
  • фоторастерни преобразуватели;
  • пресостати;
  • контактни и индикаторни манометри;
  • електронни спомагателни устройства за автоматика.
Броячи на импулси и часове

broiach

Броячите са устройства, които се използват за регулиране, управление и автоматизация на производствени процеси, поточни линии и др. Броячите са основно два големи типа – електромеханични и електронни.

Броячите на импулси работят посредством механичен контакт, чрез бутон или друг механизъм или чрез електронен датчик. Функционира в режим на събиране на импулсите. При достигане на определен брой импулси, определени от BCD кодер, устройството включва или изключва механичен превключвател. Може да бъде нулирано по електронен или механичен път.

Броячите на часове работят в режим натрупване на време. Натрупаното време се изобразява на многоразряден дисплей. Броенето започва веднага след подаване на входното напрежение. Може да се използва за броене на работните часове на различни машини и съоръжения. Някои от броячите на часове са без възможност за нулиране.

Датчици

1. Датчици на Хол.

datchik na Hol

Безконтактни клавишни превключватели базирани на ефекта на Хол. Представляват преобразувател, изменящ изходното си напрежение в резултат на промяна на магнитното поле. Много често датчиците на Хол се използват в автомобилната индустрия, където прилагането им е позволило да се направят двигателите по екологични, благодарение на по-пълното изгаряне на горивната смес. Могат да бъдат линейни, ключове и тригерни. При линейните датчици на Хол изходния сигнал, който е напрежение е правопропорционален, в линейна зависимост, от интензитета на магнитното поле. Може да има разнообразни конструкции със или без постоянен магнит. Този тип датчици на Хол се използват за прецизни безконтактни измервания на стационарни положения или премествания. Датчиците на Хол – ключове навмират приложение във вентилаторите на компютрите и в автомобилната индустрия. При тях има монтиран тригер, който дава на изхода си „1“ при високо напрежение и „0“ при ниско напрежение. Ползват се също за крайни изключватели или измерване на обороти. Тригерните датчици на Хол също работят в ключов режим, като имат изходен сигнал логическа „1“ при високо магнитно поле, но не минават в състояние „0“ при ниско поле. За целта трябва да се изключи захранването на датчика. Намират приложение в автомобилната промишленост. Датчика на Хол не може да се ремонтира, защото електрониката е свързана неразривно с пластината, която проявява ефекта на Хол.

2. Индуктивни датчици.

induktiven

Индуктивните датчици са много разпространени при контрол на подвижни елементи в производството, следене на броя на детайли и продукти, засичане на скорости и обороти, мониторинг на машинни вибрации от разстояние, контрол на елементи като валове, лагери, втулки. Представляват електронни устройства реагиращи на приближаване на метален обект към активната им повърхност, генерирайки дигитален или аналогов изходен сигнал, който отваря или затваря електрическа верига. Липсата на механичен контакт осигурява на индуктивния датчик дълъг живот и висока надежност. Основни параметри на индуктивните датчици са разстояние на включване, представлява разстоянието между активната повърхност на датчика и металния предмет. Бързодействие – разликата във времената на промяната на разстоянието от сензора до обекти и времето на скокообразното изменение на изходния сигнал. Хистерезис – разликата в разстоянията на включване и изключване на датчика. Има различни видове индуктивни датчици. Според захранващото напрежение има постояннотокови и променливотокови датчици. Има датчици за инклинация, самообучаващи се индуктивни датчици, линейни индуктивни датчици, датчици с микропроцесорен контрол и др.

3. Капацитивни датчици.

kapacitiven

Капацитивните датчици се използват в промишлени системи, следене броя на детайли, регулиране нивото на течности,  като безконтактен сензор за движение на предмети и обекти, както и индуктивните датчици. Разликата е, че при капацитивните обекта на контрол може да не е метален. Капацитивния датчик реагира на вода, стъкло, пластмаса, масла и др. Устройството им включва кондензатор, два коаксиални електрода и RC генератор.

4. Магнитни датчици.

magniten

Магнитните сензори реагират на промяна в магнитното поле. Активират се при повишаване на магнитното поле и отварят или затварят електрическа верига. Използват се за охрана и блокировка на прозоречни отвори, врати, люкове. Контрол на достъпа в охраняеми обекти и складове. Могат да работят с дистанционно или магнитен чип или карта. Често се съвместяват с алармени системи.

5. Оптични датчици.

optichen

Оптичните или фотоелектричните, съща оптоелектричните датчици реагират на промяна на светлинен лъч без физически контакт между сензора и контролирания обект. Светлинният лъч може да бъде във видимия или инфрачервения спектър. Оптичните датчици се използват за охрана и контрол на достъпа до обекти, в автоматизацията на производствени процеси, регистриране на обекти върху промишлени конвейерни ленти, създаване на невидими бариери за безопасност на работника при работа с опасни машини, пакетиране и маркировка на артикули и др. Оптичните датчици според принципа на действие могат да бъдат:

– оптични сензори от бариерен тип. Съставени са от предавател и приемник в два отделни корпуса, разположени срещуположно един спрямо друг.  Предавателя генерира и излъчва постоянен светлинен лъч към приемника. Датчика се задейства при прекъсване на светлинния лъч помежду им. Този тип датчици функционират в инфрачервената част на спектъра.

– оптични датчици дифузен тип. Предавателя и приемника се намират в един корпус. Предавателя генерира и излъчва светлинен лъч, който се отразява от стационарен обект и малка част от него се връща обратно към приемника. Когато лъчът се прекъсне приемника сменя работното си състояние и включва електрическа верига на изхода. Дифузните оптични датчици също работят с инфрачервени лъчи.

– оптични датчици маркерен тип. Излъчвателят и приемникът са в един корпус и работят във видимата част на спектъра. Използват се за за проследяването на цвете маркер върху цветна или прозрачна основа. Намират приложение в производствени процеси на продукти движещи се по конвейерни ленти.

6. Температурни датчици.

temperaturen

Температурните датчици са основно на принципа на термодвойките. Термодвойките са сензори за температура съставени от два различни проводника, които реагират на температура по различен начин и в резултат на това генерират напрежение пропорционално на разликата в температурите на между двата края на на проводниците. Във физиката това се нарича термоелектрически ефект. В зависимост от материала на проводниците термодвойките се делят на няколко вида:

– термодвойка тип К. Този тип термодвойка се среща в две разновидности – хромел, представляващ сплав от от никел и хром в съотношение 90 към 10 и алумел, представляващ сплав от никел 95%, алуминий 2%, магнезий 2% и силикон 1%

– термодвойки тип J. Този тип термодвойка има сравнително ниска чувствителност. По-ниска от термодвойките тип К. Като материал представляват сплав от желязо и константан.

– терморезистор платина 100. Терморезистора Pt100 представлява сплав от редки метали и платина. Този тип температурен датчик има висока точност. Основен негов параметър е, че при 0°C има съпротивление 100 Ohm.

Температурните датчици с индустриално приложение реално са термодвойки затворени в метален корпус, с помощта на който се измерва температурата на различни процеси, помещения, обекти или съдове. Наричат се още термистори и служат като осезателен елемент в система за автоматизация, като подават обратна връзка към термоконтролери и управляващи устройства.

Освен Pt100 има и други терморезистори, като основното при всички е, че са температурнозависими. Делят се на два вида:

– NTC (negative temperature coeficient). Това е терморезистор (термистор) с отрицателен температурен коефициент. Представлява полупроводник с отрицателна температурна зависимост, т.е. при увеличаване на температурата, съпротивлението на терморезистора NTC намалява. Причината за увеличението на температурата може да бъде топлинната съставка на тока, протичащ през полупроводника или увеличение на температурата на окръжаващата среда, като по този начин изпълняват функцията си на температурен датчик.

– PTC (positive temperature coeficient). Термистор с положителен темепературен коефициент, чието съпротивление се увеличава при повишаване на температурата.

Терморезисторите се използват за измерване на температурата, за огроничаване и стабилизиране на тока в електронни схеми или при компенсация на температурата в транзисторни схеми.

7. Ултразвукови датчици

ultrasonic

Ултразвуковите датчици имат следните предимства: висока точност и бързодействие, проста конструкция, устойчивост на удари и вибрации, липса на механичен контакт, работят в широк диапазон на температура и налягане. Принципа на действие на класическия ултразвуков датчик е следния: предавател вграден в датчика излъчва кратък ултразвуков импулс и едновременно с това се стартира таймер, който отчита времето. Когато импулса се отрази в наблюдаемия обект и се върне в датчика – таймера спира. Времето между излъчения и отразения импулс служи за изчисляване на разстоянието до обекта. При повторен импулс – се сравнява с времето на предишният и може да се анализира степента на преместване на обекта. Често изходния сигнал е напрежение, което варира при преместване на обекта или при преместване на обекта в зоната на чувствителност на датчика пропорционално се променя изходен ток. Ултразвуковите датчици имат приложение при контрол на всякакъв вид течности, включително взриво и пожароопасни, проводими и непроводими в закрити и открити резервоари. Използват се за измерване на разстояние до гранули, насипни материали, прозрачни и непрозрачни повърхности.

Oct 022015
 

Моторните защити са необходимо и незаменимо приложение към останалите средства за автоматика, предназначено за защита на мотори и двигатели от прегряване и претоварване. Моторните защити се монтират бързо и лесно към различни видове контактори и осигуряват безаварийна работа на двигателите. Наименованието „моторна“ означава, че защитата е предвидена за защита на електродвигатели, или разговорно – мотори, а не защото в устройството и има някакво моторно задвижване. Претоварването може да доведе до електрически и механични аварии. Електрическите аварии се предизвикват от свръхнапражение, рязък спад в напрежението, отпадане на една или две от фазите, къси съединения, при които токът достига до нива, които повреждат двигателя и др. Механичните аварии са блокиран ротор или претоварване на ротора, което води до прегряване и увеличение на тока.

Претоварването на електродвигателите може да възникне по няколко причини: прекъсване на една от фазите, прекомерно увеличаване на товара на ротора, затруднено движение или пълен блокаж на ротора, поради механични повреди, излизане на захранващото напрежение и честотата от номиналните им нива с повече от 15% и др. Щетите от тези аварии включват производствени загуби, загуба на суровини, необходимост от поправка на производствен инструмент, лошо качество на производството и забавяне на доставките. Тези аварии, също така, могат да доведат до драматични последици за лицата, които са в пряк контакт с двигателя. Претоварването на двигателите може да бъде също няколко вида. В зависимост от продължителността, имаме кратковременни претоварвания и продължителни претоварвания. Например при пуск на двигателите имаме висок пусков ток, който води до моментно претоварване, но този тип претоварване не е опасен и се самоликвидира при достигане на номинални обороти на двигателя, поради това е много важно защитите на двигателя да не го изключват заради възникващите пусковите токове. Това се постига чрез термична компонента в защитата. Такива защити се наричат термично-токови защити. Следователно, всеки двигател трябва да има защита от късо съединение, която прекъсва тока, когато той рязко достигне над 10 пъти номиналния ток. Защитата от късо съединени трябва да сработва максимално бързо. За защита на двигателя от късо съединени се използват предпазители. Предпазителите със стопяеми вложки са вид еднократни предпазители, които след стопяване на вложката изискват подмяна. Защитата на електродвигателите с предпазители със стопяеми вложки, независимо, че е евтин и разпространен начин на защита, невинаги е най-удачен, защото ако вложката на един от предпазителите се стопи и прекъсне една от трите фази, то двигателя ще продължи да работи на две фази  и може да изгори ако няма някакъв вид моторна защита. Вторият начин за предпазване на двигателя от късо съединение са магнитните прекъсвачи, които могат да се рестартират.

По-голямата част от авариите водят до прегряване на двигателя. Причините за прегряване на двигателя са: несиметрично захранване, разлика в токовете на отделните фази или отпадане на фаза, висока честота на стартиране, която може да възникне, поради повреда на системата за автоматично регулиране на двигателя, което води до многобройни изключвания и включвания поради грешка, чието следствие са чести пускови токове, които водят отново до прегряване. Друга причина за прегряване е нестабилността на захранващото напрежение, което може да възникне от комутирането на тежки товари или просто от подаване на различно от номиналното напрежение от доставчика на електрическа енергия, което в България е част случай. Вкарване на паразитни хармоници в електрическата верига захранваща двигателя, което най-често е причинено от неправилно работещи честотни регулатори, преобразуватели и инвертори, също води до увеличаване на загубите и прегряване. Повреда в намотките на ротора може да доведе до значителен спад в намагнитващия ток, в следствие на което ще имаме загуба на намагнитване на машината. Последствията са спад на фактора на мощността и прегряване на ротора. За да се предпази двигателя от прегряване се използват различни релета за претоварване, които са познати още и като моторни защити. Познаваме няколко вида моторни защити. Една от тях е моторната защита по ток.

моторна защита по ток

Тя функционира като автоматичен токопрекъсвач при претоварване на двигателя по ток. Моторната защита по ток може да се настройва за различни по големина токове в определен диапазон. Може да бъде както еднофазна, така и трифазна. Има електронни и магнитоелектрически защити по ток. Съществуват модели с автоматично и ръчно възстановяване на началното състояние. Вече са разработени и много модели моторни защити по ток за монтаж на DIN шина.

Другият вид моторни защити са моторните термично-токови защити. При тях има би-метални термични релета, реагиращи при прегряване на двигателя. В комбинация с контактор, те защитават двигателя от претоварвания и могат да са триполюсни и еднополюсни, постояннотокови и променливотокови, по надеждните от тях са температурно компенсирани, с други думи са създадени така, че да се нечувствителни към промяната на температурата на околната среда. Могат да бъдат настройвани по тока на мотора, т.е. достатъчно е да се провери какъв ток е написан на табелката с технически данни на мотора и след това да се завърти регулатора на термично-токовата защита на същото показание.

термично токова защита

Тези защити предпазват двигателите при възникване на следните аварийни ситуации: претоварване, блокиран ротор, повреда на захранващите фази (дисбаланс на фазите, възникваща при асиметрия на токовете, обръщане на фазите, която може да възникне при неправилно свързване на двигателя), анормално повишение на температурата, блокиране на лагер на ротора, свръхувеличено време за стартиране, колебание на напрежението и честотата в твърде широки граници, цикъл от непрекъснати рестартирания, възникнали поради повреда в честотни регулатори или други средства за автоматизация.

Следващият вид термични защити за двигател се наричат термични биметални релета или накратко РТБ. Тези релета са направени конструктивно, да се монтират като допълнителните контактни системи върху командващите, двигателите, контактори. РТБ реагират единствено на топлинната съставка на протичащия през контактите им ток и благодарение на вградения в тях биметал прекъсват веригата. Очевидно е, че те не могат да се използват самостоятелно за защитата на електродвигателите. Задължително освен тях трябва да има предпазители и други видове максималнотокови защити.

РТБ

В заключение ще споменем, че в момента на пазара има изключително разнообразие от защити за двигатели или т.н. моторни защити. Някои от тях са снабдени с различни сонди, поставени на специално подбрани места в двигателите, които защитават, служещи като сензори, за протичащите в двигателя процеси. Други имат прецизна и скъпа електроника, която реагира на съвсем малки изменения на параметрите на двигателите, но ако количеството и цената на защитите започнат да превишават значително стойността на защитаемия двигател, може би е добре да се ползва добре познатата и надеждна стандартна моторна защита, заедно с предпазители със стопяеми вложки.