Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Системы подчиненного управления двигателем постоянного тока





Системы подчиненного управления двигателем постоянного тока

Частота вращения вала (далее скорость) и электромагнитный момент – это важнейшие координаты, характеризующие любой электропривод, в том числе построенный на машине постоянного тока (далее ДПТ). Управление скоростью и моментом ДПТ позволяет сформировать желаемый вид механической характеристики. Чья форма должна быть прямоугольной для большинства приложений (запустите представленную на чертеже 1 модель привода).

Чертеж 1

Необходимость регулирования двух координат привода предполагает наличие двух обратных связей и двух регуляторов в системе (которые можно включить либо параллельно, либо последовательно). Распространены решения с последовательным включением регуляторов. Соответственно различают системы:

  • САР скорости ДПТ с подчиненным контуром регулирования электромагнитного момента;
  • САР электромагнитного момента ДПТ с подчиненным контуром регулирования скорости.

Общая идея настройки регуляторов заключается в том, что параметры регулятора скорости (РС) увязывают с механической постоянной двигателя и механизмов (Tмех=Rя·Jприв/(Cм·Φн)2), а параметры регулятора тока (РТ) (т.е. регулятора электромагнитного момента) – с электромагнитной постоянной времени обмотки якоря (Tэл=Lя/Rя). Последняя обычно от 2 до 100 раз меньше механической постоянной времени. По этой причине РТ должен быть более быстродействующим. Не смотря на тот факт, что реализуемый в РС закон допускает сохранение безынерционных свойств ("прозрачность") для области высоких частот; для практической реализации более предпочтительной является САР скорости ДПТ с подчиненным контуром регулирования электромагнитного момента.

Система автоматического регулирования скорости двигателя постоянного тока с подчиненным контуром регулирования электромагнитного момента

Модель САР скорости ДПТ с подчиненным контуром регулирования электромагнитного момента представлена на чертеже 2. Система управления состоит из последовательно включенных: ПИ-регулятора скорости (с пропорциональным и с интегрирующим параллельными каналами), программируемого ограничителя сигнала, ПИ-регулятора тока и безынерционного усилителя. Последний масштабирует выходное напряжение регулятора с целью питания якоря двигателя. Программируемый источник ЭДС, к которому подключен двигатель, представляет в модели управляемый широтно-импульсной последовательностью мостовой инвертер. К валу двигателя подключена программируемая нагрузка (активное ротационное сопротивление), которая включается с временной задержкой после разгона двигателя и выхода в режим стабилизации скорости.

Типовой расчет (настройка) САР скорости ДПТ с подчиненным контуром регулирования электромагнитного момента

  1. Установить коэффициенты приведения сигналов датчиков (скорости и тока) к максимальному входному напряжению регуляторов (±9В/Ωном; ±9В/Iя.ном; ±9В/Mном).
  2. Установить коэффициент усиления источника питания якоря ДПТ (Uя.ном/Uвых.рег.ном).
  3. Заблокировать вал ДПТ. Отключить интегрирующий канал в РТ. На вход пропорционального канала РТ подать максимальную уставку (по току). Подобрать коэффициент усиления пропорционального канала РТ, дабы ток якоря стал равным номинальному (стал равным уставке). Точность подбора – -50...+20 %. Разблокировать вал. Восстановить разомкнутые цепи в системе управления.
  4. Установить постоянную времени интегрирующего канала РТ равной электромагнитной постоянной якоря ДПТ (Tэл=Lя/Rя).
  5. Подключить к валу ДПТ все инерционные массы. Снять активную ротационную нагрузку. Отключить РС. Установить максимальную токовую уставку. Включить привод. Зафиксировать время разгона в условиях ограничения тока и мгновенное значение скорости соответствующее этому времени. Вычислить приведенный момент инерции (Jприв=Iн·Cм·Φн·tразг/Ω(tразг)). Восстановить разомкнутые цепи в системе управления.
  6. Установить постоянную времени интегрирующего канала РС равной механической постоянной двигателя и механизмов (Tмех=Rя·Jприв/(Cм·Φн)2).
  7. Подключить к валу ДПТ все инерционные массы. Снять активную ротационную нагрузку. Повторяя процедуру включения привода, подобрать коэффициент усиления пропорционального канала РС. Критерий – отсутствие колебаний скорости или тока после разгона. Примечания: От первого перерегулирования избавиться невозможно. Второго – быть не должно. Рекомендуемое начальное значение коэффициента – 5. Колебания должны появляться при уменьшении коэффициента. Существенное увеличение коэффициента нежелательно – повысит чувствительность системы к шумам.

Чертеж 2

Реализовать описанную систему управления ДПТ можно либо на операционных усилителях (см. чертёж 3), либо на микроконтроллере. Первый способ целесообразно применять для маломощных электроприводов в случае, если не предполагается изменение момента инерции механической нагрузки. Блок программируемого ограничителя сигнала, для данного варианта СУ, так же реализуется на операционных усилителях и подключается к цепи ООС каскада регулятора скорости. Если электропривод должен с высоким качеством перемещать разные по величине инерционные массы, то постоянная времени интегрирующего канала РС должна соответствовать нагрузке. В этом случае предпочтителен более дорогой регулятор на микроконтроллере. С небольшими модификациями его программа может быть составлена по представленной на чертеже 2 блок-схеме. В частности, программируемый ограничитель сигнала целесообразно продублировать в интеграторе РС (амплитуда перерегулирования уменьшиться). Следует так же помнить, что на частотах кратных частоте синтеза выборок управляющего сигнала (т.е. выше рабочей полосы) цифровые регуляторы полностью подавляют сигнал. По этой причине желательно выполнение условия кратности частоты дискретизации частотам промышленной сети (50 Гц и/или 60 Гц). Соответствующие помехи будут в меньшей степени воздействовать на привод. Последнее замечание касается интегратора в РТ. Здесь нежелательны дополнительные фазовые сдвиги в области высоких частот (которые свойственны интегратору ERK11). Поэтому рекомендуется использовать либо метод трапеций (DERK12), либо метод Эйлера с упреждением по фазе (DERK11).

Чертеж 3

ЛЕКЦИЯ 14

Статические преобразователи частоты
Вопросы


  1. Преобразователи частоты с непосредственной связью

  2. Статический преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока

  3. Преобразователь частоты с инвертором, работающим по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ)

 



Лекция 15

Энергосбережение в АЭП
Вопросы


  1. Общие вопросы энергосбережения

  2. Способы повышения КПД и коэффициента мощности АЭП

  3. Снижение потерь энергии в переходных режимах

  4. Энергосбережение в регулируемом АЭП

 


    1. Общие вопросы энергосбережения

 

Энергосбережение — это комплекс правовых, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов. В соответствии с Федеральным законом РФ «Об энергосбережении» на промышленном предприятии должны быть разработаны мероприятия по экономии электроэнергии применительно к каждой электроустановке. В первую очередь это относится к устройствам с электрическим приводом, основной элемент которого электродвигатель. Известно, что более половины всей производимой в мире электроэнергии потребляется электродвигателями в электроприводах рабочих машин, механизмов, транспортных средств. Поэтому меры по экономии электроэнергии в электроприводах наиболее актуальны.

Основные положения энергосбере­жения регламентированы государ-ственными стандартами РФ:

ГОСТ Р 51379—99. Энергосбережение. Энергетический паспорт промышленного потребителя топливно-энергетических ре­сурсов.

ГОСТ Р 31380—99. Энергосбережение. Методы подтверждения соответствия по­казателей энергетической эффективности энергопотребляющей продукции их нор­мативным значениям. Общие требования.

ГОСТР 51387—99. Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение.

ГОСТР 51541-99. Энергосбережение. Энергетическая эффективность. Состав показателей.

Задачи энергосбережения требуют оптимального решения не только в процессе эксплуатации электрических машин, но и при их проектировании.


    1. Способы повышения КПД и коэффициента мощности АЭП

 

При проектировании и эксплуатации разного рода электроприводов необходимо учитывать потребление и потери электроэнергии, влияние ЭП на сеть и другие электроприемники. Оценка этих свойств осуществляется с помощью так называемых энергетических показателей: коэффициента полезного действия, коэффициента мощности, потерь мощности и энергии.

С целью уменьшения потерь энергии в период пуска или торможения двигатели к рабочим машинам подбирают таким образом, чтобы приведенный момент инерции привода при одной и той же скорости был наименьшим. Это реализуется за счет применения малогабаритных двигателей, имеющих пониженный J (двигатели с повышенным отношением длинны якоря к его диаметру, с полым или дисковым якорем). Целесообразно использование двух двигателей половинной мощности. Расчеты показывают; что?J двух двигателей половинной мощности оказывается меньше момента инерции одного двигателя на полную мощность. Например, два двигателя типа 4АН200 мощностью по 45 кВт имеющий суммарный момент инерции 2·1,38=2,76 кг·м2. Двигатель 4АН250 мощностью 90 кВт на ту же скорость имеет j=3,53 кг·м2, т.е. почти на 30% больше.

Другой способ уменьшения потерь ЭП – регулирование скорости идеального холостого хода, что хорошо реализуется в ступенчатом пуске ЭП (для АД – регулирование частоты вращения с помощью частоты питающего тока или числа пар полюсов; для ДПТ – регулирование частоты вращения с помощью напряжения).

При ступенчатом пуске отмечается снижение потерь электрической энергии в 2 раза.

За счет изменения в переходном процессе w0 снижаются потери энергии в роторе АД. Уменьшение потерь энергии в роторе вызовет и снижение потерь в статоре и полных потерь в АД. Приведенный момент инерции ЭП зависит не только от момента инерции двигателя или рабочей машины, но и от передачи отношения между ними. Для уменьшение потерь энергии при пуске, передаточное отношение – i следует выбирать исходя из получения минимального приведенного момента инерции ЭП и проверять экономическим расчетом.

КПД ЭП, как электромеханическая система определяется произведением преобразователя, управляющего устройства, электродвигателя и механической передачи?эп=?п·?уу·?эд·?мп.

Наиболее значимой величиной является КПД двигателя, который растет с увеличением мощности и частоты вращения.

КПД зависит также от развиваемой им полезной механической мощности на валу (рис. 1).

Работа ЭП, как и любого другого потребителя характеризуется коэффициентом мощности

сos = .

Если Q не потребляется, то сos =1. Потребляя Q ЭП дополнительно загружает систему электроснабжения, вызывая дополнительные потери напряжения и энергии, поэтому cos должен стремится к единице. Достаточно часто, коэффициент мощности повышают компенсацией реактивной мощности статическими конденсаторами (в данном случае реактивная мощность для создания электромагнитного поля осуществляется от конденсаторов, расположенных непосредственно у АД).

Рисунок 1 – Зависимость КПД и коэффициента мощности электродвигателя от кратности нагрузки

 


Способы повышения КПД и коэффициента мощности ЭП:

- ограничение времени работы на холостом ходу;


  • обеспечение нагрузки близкой к номинальной (в том числе путем замены малонагруженного (менее 40% от номинальной мощности) двигателя на двигатель меньшей мощности (должно быть экономически обоснованно));

  • выбор высокочастотных электродвигателей.

 


    1. Снижение потерь энергии в переходных режимах

 

В процессе эксплуатации двигателя значительные потери энергии наблю­даются в переходных режимах и в пер­вую очередь при его пуске.

Потери энергии в переходных ре­жимах могут быть заметно снижены за счет применения двигателей с мень­шими значениями моментов инерции ротора, что достигается уменьшени­ем диаметра ротора при одновремен­ном увеличении его длины, так как мощность двигателя при этом должна оставаться неизменной. Например, так сделано в двигателях краново-металлургических серий, предназначенных для работы в повторно-кратковремен­ном режиме с большим числом включений в час.

Эффективным средством снижения потерь при пуске двигателей является пуск при постепенном повышении на­пряжения, подводимого к обмотке статора.

Такой энергосберегающий способ пуска двигателя возможен только при работе двигателя в системе с регули­руемым преобразователем: для асинх­ронных двигателей это устройства плавного пуска или преоб­разователи частоты, а для двигателей постоянного тока это элек­тронные (тиристорные) устройства управления.

Энергия, расходуемая при тормо­жении двигателя, равна кинетической энергии, запасенной в движущихся частях электропривода при его пуске. Энергосберегающий эффект при тор­можении зависит от способа торможе­ния. Наибольший энергосберегающий эффект происходит при генераторном рекуперативном торможении с отдачей энергии в сеть. При ди­намическом торможении двигатель от­ключается от сети, запасенная энер­гия рассеивается в двигателе и расхо­да энергии из сети не происходит. Наи­большие потери энергии наблюдаются при торможении противовключением, когда расход электроэнергии ра­вен трехкратному значению энергии, рассеиваемой в двигателе при дина­мическом торможении.

При установившемся режиме рабо­ты двигателя с номинальной нагруз­кой потери энергии определяются номинальным значением КПД. Но если электропривод работает с пере­менной нагрузкой, то в периоды спа­да нагрузки КПД двигателя понижа­ется, что ведет к росту потерь. Эффек­тивным средством энергосбережения в этом случае является снижение на­пряжения, подводимого к двигателю в периоды его работы с недогрузкой.

Рассмотрим принципы построения ЭП, в котором минимизирует­ся потребляемый АД ток и тем самым потери электроэнергии в нем. Для этого обратимся к зависимостям тока статора I1 от напряжения U1(рис. 2) при разных моментах нагрузки Мc. Как видно из графи­ков 1...4, для каждого момента имеется такое напряжение, при котором потребляемыйАД ток из сети минимален. Штриховая линия, проведен­ная через точки минимумов тока для каждой нагрузки, определяет закон регулирования напряжения в функции тока, при реализации которого при любом Мc из сети потребляется минимальный ток.

Рисунок 2 – Вольтамперные характеристики и функциональная схема минимизирующая потребление электроэнергии
Схема ЭП с минимизацией потребляемого двигателем тока включает в себя двигатель 4, регулятор напря­жения 3 с СИФУ 2, датчики тока 5 и напряжения 6, функциональный преобразователь 7, инерционное звено 8 и элемент сравнения 1.

Требуемый закон управления ЭП реализуется с помощью поло­жительной обратной связи по току. Трехфазный датчик 5 выраба­тывает пропорциональный току сигнал, поступающий на вход фун­кционального преобразователя 7 который обеспечивает требуемую зависимость между напряжением на АД и моментом нагрузки на его валу (штриховая линия на рис. 2). C помощью инерционного звена 8 обеспечивается необходимое качество переходных процессов. Кроме минимизации потерь электроэнер­гии, простыми средствами в такой схеме осуществляется повыше­ние КПД и коэффициента мощности асинхронного ЭП.

Этот способ энергосбережения воз­можно реализовать при работе двига­теля в системе с регулируемым пре­образователем при наличии в нем об­ратной связи по току нагрузки. Сиг­нал обратной связи по току коррек­тирует сигнал управления преобразо­вателем, вызывая уменьшение напря­жения, подводимого к двигателю в пе­риоды снижения нагрузки. Если же приводным является асинхронный двигатель, работающий при соедине­нии обмоток статора «треугольником», то снижение подводимого к фазным обмоткам напряжения можно легко реализовать путем переключения этих обмоток на соединение «звездой», так как в этом случае фазное напряжение понижается в 1,73 раза. Этот метод целесообразен еще и потому, что при таком переключении повышается ко­эффициент мощности, что также способствует энергосбере­жению. Из справочной литературы следу­ет, что при переключении обмоток с «треугольника» на «звезду» при сниже­нии нагрузки до 50% относительно номинальной коэффициент мощности возрастает более чем на 20%. Приме­ром практического применения этого способа энергосбережения может слу­жить электропривод с асинхронным двигателем, работающий в условиях значительных колебаний нагрузки.

Схема, приведенная на (рис.3), по­зволяет с помощью двух реле тока КА1 и КА2, катушки которых включены после­довательно в фазные обмотки статора че­рез измерительные трансформаторы тока ТА1 и ТА2, автоматизировать переключе­ние обмотки статора с «треугольника» на «звезду» при снижении нагрузки двигате­ля на 40—50% относительно номиналь­ной и обратное переключение при восста­новлении нагрузки.

При нажатии кнопки SВ1 «Пуск» вклю­чается силовой контактор КМ1, линейные контакты которого подключают двигатель к сети. Контактор КМ2 в начальный мо­мент пуска остается невключенным и сво­ими размыкающимися контактами соеди­няет обмотку статора «звездой». Но как только начинается пуск двигателя, значи­тельный пусковой ток статора вызывает срабатывание реле тока КА2. При этом контактор КМ2 своими замыкающими контактами переключает обмотку статора «треугольником». Реле тока КА1 срабатывает, и двига­тель переходит в рабочий режим.


Рисунок 3 – Схема автоматического переключения обмотки статора асинхронного двигателя с «треугольника» на «звезду»
Если нагрузка двигателя снизится до значения Р2< 0,5Рном , то реле тока КА1 отпустит и своими контактами отключит контактор КМ2, что приведет к пересоединению обмотки статора с «треугольни­ка» на «звезду». При этом двигатель будет продолжать работу при повышенном зна­чении коэффициента мощности. Если же нагрузка двигателя вновь возрастет до зна­чения Р2> 0,5Рном, то произойдет пере­ключение обмотки статора со «звезды» на «треугольник».


    1. Энергосбережение в регулируемом АЭП

 

Применение регулируемого ЭП позволяет обеспечить энергосбе­режение в целом ряде технологических процессов, иногда во много раз превосходящее экономию энергии в самом ЭП. Например, регу­лирование скорости ленты транспортера с помощью ЭП, подающего детали в закалочную печь, позволяет минимизировать количество теп­ловой энергии на закалку в зависимости от их сортамента, технологии закалки и других факторов. Весьма эффективно регулируемый по ско­рости ЭП может обеспечить энергосбережение в таких рабочих маши­нах, как насосы, вентиляторы и компрессоры. Поскольку эти рабочие машины являются очень распространенными в промышленности, на транспорте, в сельском и жилищно-коммунальном хозяйствах и по­требляют до 40% всей производимой электроэнергии, энергосбереже­ние в этом случае оказывается очень эффективным. Рассмотрим эффект энергосбережения на примереЭПцентробежного насоса. Ос­новной характеристикой на­соса является зависимость со­здаваемого им напора (давле­ния) Н от расхода водыQ ( рис. 4). На рисунке представлены характери­стики H=f(Q) для двухскоро­стей приводного двигателя: номинальной (характеристика 1) и понижен­ной(характеристика 2).



Рисунок 4 – Характеристики насосного агрегата
Особенностью работы большинства насосных установок явля­ется изменение количества (расхода) подаваемой ими жидкости в течение времени. Например, потребление воды в жилых зданиях ме­няется в течении суток и имеет два максимума - утренний и вечер­ний. Допустим, что в исходном положении насос работал с номи­нальными расходом Qном и напором Нном в точке 1. При снижении расхода воды до значения Q2 при неизменной скорости ЭП напор в соответствии с характеристикой возрастет до значения Н2.

Но, тот же расход воды можно обеспечить при меньшем напоре Н1, если с помощью ЭП снизить скорость двигателя до уровня, характеризующегося характеристикой 2. В этом случае из сети будет потребляться меньшая мощность.

Примеры использования регулируемого ЭП насосов показыва­ют, что экономия электроэнергии может доходить до 50% и более в зависимости от вида и режимов работы насосных установок. Кро­ме того, при работе сетей с меньшими напорами значительно мень­ше утечки воды в сетях и арматуре (на 15...20% и более). В насосах с ЭП переменного тока при регулировании скорости двигателей обычно применяются статические преобразователи частоты.

Если электропривод не подвержен значительным регулиров­кам частоты вращения, частым пус­кам, реверсам и т.п., то повышенные затраты на тиристорное либо другое дорогостоящее оборудование могут оказаться неоправданными, а расхо­ды, связанные с потерями энергии — незначительными. И наоборот, при интенсивной эксплуатации электро­привода в переходных режимах при­менение электронных пускорегулиру­ющих устройств становится целесообразным. К тому же следует иметь в виду, что эти устройства практически не нуждаются в уходе и их технико-экономические показатели, включая надежность, достаточно высоки. Не­обходимо, чтобы решение по приме­нению дорогостоящих устройств элек­тропривода подтверждалось технико-экономическими расчетами.

Известно, что электрические поте­ри в питающих сетях и обмотках элек­трических машин пропорциональны квадрату тока (Рэл = I2R). По этой при­чине желательно электропитание дви­гателей от сети с более высоким на­пряжением, так как при заданной мощности применение более высоко­го напряжения сопровождается умень­шением силы тока и, следовательно, сокращением потерь. Поэтому для низ­ковольтных двигателей целесообразно применение напряжения 440 В (для двигателей постоянного тока) или 660 В (для двигателей переменного тока). Что же касается двигателей мощ­ностью 500 кВт и более, то они обыч­но рассчитаны на напряжение 6000 или 10000 В.

Решению проблемы энергосбереже­ния способствует применение синх­ронных двигателей, создающих в пи­тающей сети реактивные токи, опере­жающие по фазе напряжение. В итоге сеть разгружается от реактив­ной (индуктивной) составляющей то­ка, повышается коэффициент мощно­сти на данном участке сети, что ведет к уменьшению тока в этой сети и, как следствие, к энергосбережению. Эти же цели преследует включение в сеть синхронных компенсаторов.

Примером целесообразного приме­нения синхронных двигателей являет­ся электропривод компрессорных ус­тановок, снабжающих предприятие сжатым воздухом. Для этого электропривода характерен пуск при небольшой нагрузке на валу, продолжительный режим работы при стабильной нагруз­ке, отсутствие торможений и реверсов. Такой режим работы вполне соответ­ствует свойствам синхронных двигате­лей. Используя в синхронном двига­теле режим перевозбуждения, можно достичь значительного энергосбереже­ния в масштабе всего предприятия.

С аналогичной целью применяют силовые конденсаторные установки («косинусные» конденсаторы). Созда­вая в сети ток, опережающий по фазе напряжение, эти установки частично компенсируют индуктивные (отстаю-

щие по фазе) токи, что ведет к повы­шению коэффициента мощности сети, а следовательно, к энергосбережению. Наиболее эффективным является при­менение конденсаторных установок типа УКМ 58 с автоматическим под­держанием заданного значения коэф­фициента мощности и со ступенчатым изменением реактивной мощности в диапазоне от 20 до 603 квар при на­пряжении 400 В.

Необходимо помнить, что энерго­сбережение направлено на решение не только экономических, но и

Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время.

Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде.

При изготовлении триггеров применяются преимущественно полупроводниковые приборы (обычно биполярные и полевые транзисторы), в прошлом — электромагнитные реле, электронные лампы. В настоящее время логические схемы, в том числе с использованием триггеров, создают в интегрированных средах разработки под различные программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Используются, в основном, в вычислительной технике для организации компонентов вычислительных систем: регистров, счётчиков, процессоров, ОЗУ.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Определения
  • 3 Классификация
  • 4 Базовые понятия
  • 5 Типы триггеров
    • 5.1 RS-триггеры
      • 5.1.1 RS-триггер асинхронный
      • 5.1.2 RS-триггер синхронный
      • 5.1.3 RS-триггер двухступенчатый со сложной логикой
    • 5.2 D-триггеры
      • 5.2.1 D-триггер синхронный
      • 5.2.2 D-триггер двухступенчатый
    • 5.3 T-триггеры
      • 5.3.1 Т-триггер асинхронный
      • 5.3.2 T-триггер синхронный
      • 5.3.3 T-триггер двухступенчатый со сложной логикой
      • 5.3.4 TV-триггер двухступенчатый со сложной логикой
    • 5.4 JK-триггер
      • 5.4.1 JK-триггер двухступенчатый со сложной логикой
  • 6 Триггеры с любым числом устойчивых состояний
  • 7 Физические реализации триггеров
    • 7.1 Триггеры с тиристорами
    • 7.2 Триггеры на релейно - контакторной базе
  • 8 См. также
  • 9 Литература
  • 10 Примечания
  • 11 Ссылки

История

Рис.2 Схемы из патента Икклза и Джордана 1918 г., один (рис.1) нарисован как два инвертирующих каскада усилителя с положительной обратной связью, другой (рис.2) как симметричная перекрёстносвязанная пара.

Разрывные характеристики электронных ламп, на которых основано действие триггеров, впервые под названием «катодное реле» были описаны М. А. Бонч-Бруевичем в 1918 г.[1] Практическая схема триггера была опубликована 5 августа 1920 года У. Г. Икклзом (англ.)русск. и Ф. У. Джорданом (англ.)русск. в патенте Великобритании № 148582 заявленном 21 июня 1918 г.[2] и в статье «Переключающее реле, использующее трёхэлектродные вакуумные лампы»[3] от 19 сентября 1919 года.

Определения

У этого термина существуют и другие значения, см. Триггер (значения).

Триггер (бистабильный мультивибратор[4]) — это цифровой автомат, имеющий несколько входов и 2 выхода.

Триггер — это устройство последовательностного типа с двумя устойчивыми состояниями равновесия, предназначенное для записи и хранения информации. Под действием входных сигналов триггер может переключаться из одного устойчивого состояния в другое. При этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется.

Триггерами называют[5] такие логические устройства, выходные сигналы которых определяются не только сигналами на входах, но и предысторией их работы, то есть состоянием элементов памяти.

Триггер — один из базовых (основных) элементов цифровой техники[6]. Некоторые исследователи[7] включают триггер в 100 великих изобретений.

Триггер не является логическим элементом первого уровня, а сам состоит из логических элементов первого уровня — инверторов или логических вентилей. По отношению к логическим элементам первого уровня триггер является логическим устройством второго уровня.

Триггер — элементарная ячейка оперативной памяти.

Триггер — простейшее устройство, выполняющее логическую функцию с обратной связью, то есть простейшее устройство кибернетики.

N-ичный триггер — устройство (элементарная переключаемая ячейка памяти, переключатель с N устойчивыми положениями), которое имеет N устойчивых состояний и возможность переключения из любого состояния в любое другое состояние.

Триггер - это логическое устройство с двумя устойчивыми состояниями 0 и 1, имеющие несколько входов и два выхода,один прямой, а другой инверсный.

Классификация

Рис. 3. Временная диаграмма работы динамического триггера

Рис. 4. Симметричные триггеры: а — с непосредственной связью между каскадами; б — с резистивной связью

Рис. 5. Функциональная классификация триггеров

Рис. 6. Классификация триггеров по способу ввода информации

Триггеры подразделяются на две большие группы — динамические и статические. Названы они так по способу представления выходной информации.

Динамический триггер представляет собой управляемый генератор, одно из состояний которого (единичное) характеризуется наличием на выходе непрерывной последовательности импульсов определённой частоты, а другое (нулевое) — отсутствием выходных импульсов. Смена состояний производится внешними импульсами (рис. 3). Динамические триггеры в настоящее время используются редко.

К статическим триггерам относят устройства, каждое состояние которых характеризуется неизменными уровнями выходного напряжения (выходными потенциалами): высоким — близким к напряжению питания и низким — около нуля. Статические триггеры по способу представления выходной информации часто называют потенциальными.

Статические (потенциальные) триггеры, в свою очередь, подразделяются на две неравные по практическому значению группы — симметричные и несимметричные триггеры. Оба класса реализуются на двухкаскадном двухинверторном усилителе с положительной обратной связью, а названием своим они обязаны способам организации внутренних электрических связей между элементами схемы.

Симметричные триггеры отличает симметрия схемы и по структуре, и по параметрам элементов обоих плеч. Для несимметричных триггеров характерна неидентичность параметров элементов отдельных каскадов, а также и связей между ними.

Симметричные статические триггеры составляют основную массу триггеров, используемых в современной радиоэлектронной аппаратуре. Схемы симметричных триггеров в простейшей реализации (2х2ИЛИНЕ) показаны на рис. 4.

Основной и наиболее общий классификационный признак — функциональный — позволяет систематизировать статические симметричные триггеры по способу организации логических связей между входами и выходами триггера в определённые дискретные моменты времени до и после появления входных сигналов. По этой классификации триггеры характеризуются числом логических входов и их функциональным назначением (рис. 5).

Вторая классификационная схема, независимая от функциональной, характеризует триггеры по способу ввода информации и оценивает их по времени обновления выходной информации относительно момента смены информации на входах (рис. 6).

Каждая из систем классификации характеризует триггеры по разным показателям и поэтому дополняет одна другую. К примеру, триггеры RS-типа могут быть в синхронном и асинхронном исполнении.

Асинхронный триггер изменяет своё состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала(ов), с некоторой задержкой равной сумме задержек на элементах, составляющих данный триггер.

Синхронные триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации С (от англ. clock). Этот вход также обозначают термином «такт». Такие информационные сигналы называют синхронными. Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим и с динамическим управлением по входу синхронизации С.

Триггеры со статическим управлением воспринимают информационные сигналы при подаче на вход С логической единицы (прямой вход) или логического нуля (инверсный вход).

Триггеры с динамическим управлением воспринимают информационные сигналы при изменении (перепаде) сигнала на входе С от 0 к 1 (прямой динамический С-вход) или от 1 к 0 (инверсный динамический С-вход). Также встречается название «триггер управляемый фронтом».

Одноступенчатые триггеры (latch, защёлки) состоят из одной ступени представляющей собой элемент памяти и схему управления, бывают, как правило, со статическим управлением. Одноступенчатые триггеры с динамическим управлением применяются в первой ступени двухступенчатых триггеров с динамическим управлением. Одноступенчатый триггер на УГО обозначают одной буквой - Т.

Двухступенчатые триггеры (flip-flop, шлёпающие) делятся на триггеры со статическим управлением и триггеры с динамическим управлением. При одном уровне сигнала на входе С информация, в соответствии с логикой работы триггера, записывается в первую ступень (вторая ступень заблокирована для записи). При другом уровне этого сигнала происходит копирование состояния первой ступени во вторую (первая ступень заблокирована для записи), выходной сигнал появляется в этот момент времени с задержкой равной задержке срабатывания ступени. Обычно двухступенчатые триггеры применяются в схемах, где логические функции входов триггера зависят от его выходов, во избежание временны́х гонок. Двухступенчатый триггер на УГО обозначают двумя буквами - ТТ.

Триггеры со сложной логикой бывают также одно- и двухступенчатые. В этих триггерах наряду с синхронными сигналами присутствуют и асинхронные. Такой триггер изображён на рис. 1, верхний (S) и нижний (R) входные сигналы являются асинхронными.

Триггерные схемы классифицируют также по следующим признакам:

  • числу целочисленных устойчивых состояний (основанию системы счисления) (обычно устойчивых состояний два, реже — больше, см. двоичный триггер, троичный триггер, четверичный триггер[8], …, десятичный триггер, …, n-ичный триггер, …);
  • числу уровней — два уровня (высокий, низкий) в двухуровневых элементах, три уровня (положительный, ноль, отрицательный) в трёхуровневых элементах[9], …, N-уровней в N-уровневых элементах, …;
  • по способу реакции на помехи — прозрачные и непрозрачные. Непрозрачные, в свою очередь, делятся на проницаемые и непроницаемые.
  • по составу логических элементов (триггеры на элементах И-НЕ, ИЛИ-НЕ и др.).

Базовые понятия

Триггер — это запоминающий элемент с двумя (или более) устойчивыми состояниями, изм







ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.