მითითების სიხშირე. ლექციის შენიშვნები: ელექტრონული ოსცილოსკოპების მეტროლოგიური მახასიათებლები. დამატებითი პარამეტრები მოიცავს

სიხშირის სინთეზი - სიხშირეების დისკრეტული სიმრავლის ფორმირება ერთი ან მეტი საცნობარო სიხშირედან f on. საცნობარო სიხშირე არის თვითოსცილატორის უაღრესად სტაბილური სიხშირე, ჩვეულებრივ კვარცი.

სიხშირის სინთეზატორი (MF) არის მოწყობილობა, რომელიც ახორციელებს სინთეზის პროცესს. სინთეზატორი გამოიყენება რადიოს მიმღებ და რადიოგადამცემ მოწყობილობებში რადიოკავშირის სისტემების, რადიო ნავიგაციის, რადარის და სხვა მიზნებისთვის.

სინთეზატორის ძირითადი პარამეტრებია: გამომავალი სიგნალის სიხშირის დიაპაზონი, ნომერი N და სიხშირის ბადის ნაბიჯი Df w, გრძელვადიანი და მოკლევადიანი სიხშირის არასტაბილურობა, გამომავალი სიგნალის ყალბი კომპონენტების დონე და გადასვლის დრო. ერთი სიხშირიდან მეორეზე. თანამედროვე სინთეზატორებში, მის მიერ წარმოქმნილი დისკრეტული სიხშირეების რაოდენობამ შეიძლება მიაღწიოს ათეულ ათასს, ხოლო ქსელის საფეხური შეიძლება განსხვავდებოდეს ათობით ჰერციდან ათეულ და ასეულ კილოჰერცამდე. კვარცის თვითოსცილატორით განსაზღვრული სიხშირის გრძელვადიანი არასტაბილურობა არის 10 –6, ხოლო განსაკუთრებულ შემთხვევებში – 10 –8 ... 10 –9. სინთეზატორის სიხშირის დიაპაზონი მნიშვნელოვნად განსხვავდება იმ აღჭურვილობის დანიშნულების მიხედვით, რომელშიც ის გამოიყენება.

პრაქტიკული სიხშირის სინთეზატორის დიზაინი ძალიან მრავალფეროვანია. მიუხედავად ამ მრავალფეროვნებისა, ჩვენ შეგვიძლია აღვნიშნოთ ზოგადი პრინციპები, რომლებიც ეფუძნება თანამედროვე სინთეზატორების მშენებლობას:

ყველა სინთეზატორი ეფუძნება ერთი უაღრესად სტაბილური საცნობარო რხევის გამოყენებას გარკვეული სიხშირით f 0, რომლის წყარო, როგორც წესი, არის საცნობარო კრისტალური ოსცილატორი;

მრავალჯერადი სიხშირის სინთეზი ხორციელდება გამყოფების, მულტიპლიკატორებისა და სიხშირის გადამყვანების ფართო გამოყენებით, რაც უზრუნველყოფს ერთი საცნობარო რხევის გამოყენებას სიხშირის ბადის ფორმირებისთვის;

სიხშირის სინთეზატორების უზრუნველყოფა აგზნების სიხშირის ათდღიანი დაყენებით.

გამომავალი რხევების წარმოქმნის მეთოდის მიხედვით, სინთეზატორები იყოფა ორ ჯგუფად: პირდაპირი (პასიური) სინთეზის მეთოდით დამზადებული და არაპირდაპირი (აქტიური) სინთეზის მეთოდით დამზადებული.

პირველ ჯგუფში შედის სინთეზატორები, რომლებშიც გამომავალი რხევები წარმოიქმნება საცნობარო ოსცილატორის სიხშირის გაყოფით და გამრავლებით, რასაც მოჰყვება გაყოფისა და გამრავლების შედეგად მიღებული სიხშირეების დამატება და გამოკლება.

მეორე ჯგუფში შედის სინთეზატორები, რომლებიც წარმოქმნიან გამომავალ რხევებს ჰარმონიული რხევების დიაპაზონის თვითოსცილატორში პარამეტრული სიხშირის სტაბილიზაციით, რომლის არასტაბილურობა აღმოფხვრილია სიხშირის კონტროლის ავტომატური (AFC) სისტემით, რომელიც დაფუძნებულია საცნობარო (მაღალ სტაბილურ) სიხშირეებზე.

ორივე ჯგუფის სინთეზატორები შეიძლება დამზადდეს ანალოგური ან ციფრული ელემენტის ბაზის გამოყენებით.

პირდაპირი სინთეზის მეთოდით დამზადებული სინთეზატორები.

უაღრესად სტაბილური კვარცის ოსცილატორი წარმოქმნის რხევებს f 0 სიხშირით, რომლებიც მიეწოდება MF და HF სიხშირეების სიხშირის გამყოფებსა და მულტიპლიკატორებს.

სიხშირის გამყოფები ამცირებენ გამონაბოლქვი აირების სიხშირეს f 0-ით მთელი რიცხვით (d), ხოლო სიხშირის მულტიპლიკატორები ზრდიან მას მთელი რიცხვით ჯერ (k). საცნობარო ოსცილატორის (f 0) სიხშირის გაყოფისა და გამრავლების შედეგად მიღებული სიხშირეები გამოიყენება საცნობარო სიხშირეების ფორმირებისთვის სპეციალურ მოწყობილობებში, რომლებსაც უწოდებენ საცნობარო სიხშირის სენსორებს. საცნობარო სიხშირის სენსორების საერთო რაოდენობა საშუალო სიხშირის სინთეზატორში დამოკიდებულია სინთეზატორის მიერ გენერირებული სიხშირეების დიაპაზონზე და მიმდებარე სიხშირეებს შორის ინტერვალზე: რაც უფრო ფართოა შუა სიხშირის დიაპაზონი და რაც უფრო მცირეა ინტერვალი, მით მეტია საჭირო სიხშირის სიხშირეების რაოდენობა. ათდღიანი სიხშირის პარამეტრით, თითოეული DFC წარმოქმნის ათ საცნობარო სიხშირეს გარკვეული ინტერვალით მიმდებარე სიხშირეებს შორის. საჭირო სენსორების საერთო რაოდენობა განისაზღვრება სინთეზატორის მაქსიმალური სიხშირის ჩანაწერში ციფრების (ბიტების) რაოდენობით.

სენსორებში წარმოქმნილი საცნობარო სიხშირეები მიეწოდება მიქსერებს. გამტარი გადართვადი ფილტრები, რომლებიც შედის მიქსერების გამომავალზე, ხაზს უსვამს მთლიან სიხშირეს ამ მაგალითში: პირველი f 1 + f 2 გამოსასვლელში, მეორე f 1 + f 2 + f 3 გამოსავალზე, გამომავალზე. მესამე f 1 + f 2 + f 3 + f 4 .

სიხშირე აგზნების გამომავალზე ათდღიანი პარამეტრით განისაზღვრება თითოეული ათწლეულის გადამრთველების პოზიციებით.

ფარდობითი სიხშირის არასტაბილურობა სინთეზატორის გამომავალზე უდრის გამონაბოლქვი აირის არასტაბილურობას. ამ ტიპის სინთეზატორის მინუსი არის დიდი რაოდენობით კომბინირებული სიხშირეების არსებობა მის გამოსავალზე, რაც აიხსნება მიქსერების ფართო გამოყენებით.

არაპირდაპირი სინთეზის მეთოდით აგებული სიხშირის სინთეზატორები

არაპირდაპირი სინთეზის მეთოდით დამზადებულ სინთეზატორებში, გამომავალი რხევების წყაროა ჰარმონიული რხევების დიაპაზონის თვითოსცილატორი, რომელიც ავტომატურად რეგულირდება BOCH-ის საცნობარო სიხშირის ბლოკში წარმოქმნილ მაღალ სტაბილურ სიხშირეებზე.

AFC-ის სიხშირის ავტომატური რეგულირების არსი იმაში მდგომარეობს, რომ ოსცილატორის რხევები უაღრესად სტაბილური სიხშირეების გამოყენებით გარდაიქმნება AFC-ის გარკვეულ მუდმივ f სიხშირეზე, რომელიც შედარებულია საცნობარო სიხშირის მნიშვნელობასთან. თუ შედარებული სიხშირეები არ ემთხვევა, წარმოიქმნება საკონტროლო ძაბვა, რომელიც მიეწოდება კონტროლირებად რეაქტიულ ელემენტს და ცვლის მისი რეაქტიულობის მნიშვნელობას (ტევადობას ან ინდუქციურობას).

კონტროლირებადი რეაქტიული ელემენტები შედის წრედში, რომელიც განსაზღვრავს AG-ის სიხშირეს. AG სიხშირე იცვლება მანამ, სანამ f AFC მიუახლოვდება საცნობარო სიხშირეს საკმარისად მცირე ნარჩენი დეტუნირებით.

შედარების მოწყობილობიდან გამომდინარე, ყველა AFC სისტემა შეიძლება დაიყოს სამ ტიპად:

სიხშირეზე ჩაკეტილი სიხშირის კონტროლის სისტემები, რომლებშიც შედარების მოწყობილობად გამოიყენება შავი ხვრელების სიხშირის დეტექტორები;

სისტემები ფაზაში ჩაკეტილი მარყუჟის ფაზის ჩამკეტი მარყუჟით, ფაზური დეტექტორების გამოყენებით PD, როგორც შედარების მოწყობილობა;

სისტემები იმპულსური ფაზის ავტომატური სიხშირის კონტროლით (IFAP), რომლებშიც შესადარებელი მოწყობილობა არის პულსური ფაზის დეტექტორები IPD.

სინთეზატორები ფაზაში ჩაკეტილი მარყუჟის ფაზის ჩაკეტვით, განსხვავებით

CAP-ით სინთეზატორებს არ აქვთ ნარჩენი დეტუნირება. PLL სისტემაში შედარების მოწყობილობა არის PD ფაზის დეტექტორი. საკონტროლო ძაბვა PD გამოსავალზე პროპორციულია ფაზური სხვაობის პროპორციული ორ რხევას შორის, რომელიც გამოიყენება მასზე, რომელთა სიხშირეები ტოლია სტაბილურ მდგომარეობაში.

PD-ს მიეწოდება ახლო სიხშირის ორი რხევა: ერთი არის მითითება f 0 სიხშირით, რომელიც წარმოიქმნება ლულაში, მეორე არის მიქსერში ოსცილატორის რხევების გადაქცევის პროდუქტი ლულის f 01 სიხშირის ბადის გამოყენებით.

f PR = f UG – f 01.

თუ f PR და f 0 მნიშვნელობით ახლოსაა, მაშინ PD გამომავალი საკონტროლო ძაბვა ანაზღაურებს საკონტროლო განყოფილების დაყენებას და f PR = f 0 და სისტემაში დგება სტაციონარული რეჟიმი. ამასთან, PLL სისტემა მუშაობს ძალიან ვიწრო სიხშირის დიაპაზონში, რომელიც არ აღემატება რამდენიმე kHz-ს. ულტრაბგერითი ტალღის ფორმის დარეგულირების უზრუნველსაყოფად მთელ სიხშირის დიაპაზონში, ავტომატური ძიების სისტემა გამოიყენება სინთეზატორში ფაზის ჩაკეტვის მარყუჟით, რომელიც, ულტრაბგერითი ტალღის ფორმის სიხშირის შეცვლით მთელ სიხშირის დიაპაზონში, უზრუნველყოფს მას. ხვდება ფაზის ჩამკეტი მარყუჟის სისტემის დაფარვის ზოლში. ავტომატური ძებნის სისტემა არის ხერხის კბილის ძაბვის თვითოსცილატორი, რომელიც იწყება მაშინ, როდესაც არ არის საკონტროლო ძაბვა დაბალი გამტარი ფილტრის გამოსავალზე. როგორც კი UG-ის სიხშირეები მოხვდება PLL სისტემის დაჭერის ზოლში, საძიებო გენერატორი გამორთულია, სისტემა გადადის ავტომატური რეგულირების რეჟიმში დინამიური წონასწორობით f PR = f 0.

საშუალო დიაპაზონში ლოგიკური ელემენტების გამოყენებამ განაპირობა ახალი ტიპის სინთეზატორების გაჩენა, რომლებსაც ციფრული ეწოდება. მათ აქვთ მნიშვნელოვანი უპირატესობები ანალოგებთან შედარებით. ისინი უფრო მარტივია, უფრო საიმედო ფუნქციონირებაში და აქვთ უფრო მცირე ზომები და წონა.

ციფრული სიხშირის გადამყვანში ლოგიკური ინტეგრირებული სქემების გამოყენებამ შესაძლებელი გახადა UG-ის სიხშირის კონვერტაციის თითქმის მთლიანად აღმოფხვრა, გადამყვანების შეცვლა სიხშირის გამყოფით ცვლადი გაყოფის კოეფიციენტით DPKD.

სინთეზატორის ბლოკ-სქემა ერთი ფაზაში ჩაკეტილი მარყუჟის რგოლით

DPKD დიაგრამაში - გამყოფი ცვლადი გაყოფის კოეფიციენტით - K-bit პროგრამირებადი ციფრული მრიცხველი. მიკროსქემის სხვა რგოლების დანიშნულება ირკვევა მათზე გაკეთებული წარწერებიდან. საკონტროლო განყოფილება იღებს და ინახავს პროგრამირების მონაცემებს და წარმოქმნის კოდურ სიგნალს, რომელიც ადგენს გაყოფის კოეფიციენტის N მნიშვნელობას სინთეზატორის მიერ მიღებული ბრძანების მიხედვით. ფაზაში ჩაკეტილი სიხშირის კონტროლის მოქმედების შედეგად დგინდება იმპულსური ფაზის დისკრიმინატორის შესასვლელთან მისული სიგნალების სიხშირეების თანასწორობა: f 1 = f 2, რაც საშუალებას გვაძლევს დავწეროთ შემდეგი მიმართება. სტაბილიზირებული და საცნობარო თვითოსცილატორების სიხშირეები, გაყოფის კოეფიციენტების მნიშვნელობების გათვალისწინებით:

სიხშირის ბადის მიხედვით ნაბიჯი Df w =f fl /M. კონტროლირებადი მნიშვნელობის N შეცვლით, დგინდება სტაბილიზირებული გენერატორის საჭირო სიხშირის მნიშვნელობა, რომელიც საკონტროლო ელემენტის დახმარებით შეიძლება დარეგულირდეს საჭირო სიხშირის დიაპაზონში.

ამჟამად, ელექტრონული აღჭურვილობის შემუშავებისას დიდი ყურადღება ეთმობა მისი მახასიათებლების სტაბილურობას. გამონაკლისი არ არის მობილური რადიო კომუნიკაციები, მათ შორის ფიჭური კომუნიკაციები. ელექტრონული აღჭურვილობის კომპონენტების სტაბილური მახასიათებლების მიღწევის მთავარი პირობაა მთავარი ოსცილატორის სიხშირის სტაბილურობა.

ნებისმიერი ელექტრონული მოწყობილობა, მათ შორის მიმღებები, გადამცემები და მიკროკონტროლერები, ჩვეულებრივ შეიცავს გენერატორების დიდ რაოდენობას. თავდაპირველად, ძალისხმევა იყო საჭირო ყველა გენერატორის სიხშირის სტაბილურობის უზრუნველსაყოფად. ციფრული ტექნოლოგიების განვითარებით ადამიანებმა ისწავლეს ერთი ორიგინალური სიხშირიდან ნებისმიერი სიხშირის რხევის ფორმირება. შედეგად, შესაძლებელი გახდა დამატებითი თანხების გამოყოფა ONE ოსცილატორის სიხშირის სტაბილურობის გასაზრდელად და ამით ძალიან მაღალი სტაბილურობის მქონე სიხშირეების მთელი დიაპაზონის მისაღებად. ამ სიხშირის გენერატორი ე.წ საცნობარო გენერატორი

თავდაპირველად, სპეციალური დიზაინის მეთოდები გამოიყენებოდა LC გენერატორების სტაბილური რხევების მისაღებად:

• მავთულის ლითონის გაფართოების გამო ინდუქციურობის ცვლილება კომპენსირდება ბირთვის მასალის არჩევით, რომლის ეფექტიც საპირისპირო იყო ინდუქციური გამტარების ეფექტისა;
• ლითონი დაიწვა კერამიკულ ბირთვში გაფართოების დაბალი ტემპერატურის კოეფიციენტით;
• კონდენსატორები ტევადობის სხვადასხვა ტემპერატურული კოეფიციენტით (TKE) ჩართული იყო წრედში.

ამ გზით შესაძლებელი გახდა საცნობარო ოსცილატორის სიხშირის სტაბილურობის მიღწევა 10 -4 (10 MHz სიხშირეზე სიხშირის დრიფტი იყო 1 kHz)

ამავდროულად, ჩატარდა მუშაობა სტაბილური რხევების მისაღებად სრულიად განსხვავებული მეთოდების გამოყენებაზე. შემუშავდა სიმებიანი, მარეგულირებელი ჩანგალი და მაგნიტოსტრიქციული გენერატორები. მათმა სტაბილურობამ მიაღწია ძალიან მაღალ მნიშვნელობებს, მაგრამ ამავე დროს მათი ზომები, სირთულე და ფასი ხელს უშლიდა მათ ფართო გავრცელებას. რევოლუციური მიღწევა იყო გენერატორების გამოყენება. ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული კვარცის ოსცილატორის წრე, რომელიც დამზადებულია ბიპოლარულ ტრანზისტორზე, ნაჩვენებია სურათზე 1.

ამ საცნობარო ოსცილატორის წრეში ამპლიტუდის ბალანსი უზრუნველყოფილია ტრანზისტორი VT1-ით, ხოლო ფაზური ბალანსი უზრუნველყოფილია ჩართვით Z1, C1, C2. გენერატორი აწყობილია სტანდარტის მიხედვით. განსხვავება ისაა, რომ ინდუქტორის ნაცვლად გამოიყენება კვარცის რეზონატორი Z1. უნდა აღინიშნოს, რომ ამ სქემაში არ არის საჭირო მისი გამოყენება. ხშირად სავსებით საკმარისი აღმოჩნდება. მსგავსი დიაგრამა ნაჩვენებია სურათზე 2.

1 და 2 ნახატებზე ნაჩვენები კვარცის ოსცილატორის სქემები შესაძლებელს ხდის 10 -5 რიგის საორიენტაციო რხევის სიხშირის სტაბილურობის მიღებას. დატვირთვაზე ყველაზე დიდ გავლენას ახდენს საორიენტაციო ოსცილატორის რხევების მოკლევადიანი მდგრადობა. თუ საცნობარო ოსცილატორის გამოსავალზე არის ზედმეტი რხევები, მისი რხევების დაფიქსირება შესაძლებელია. შედეგად, კრისტალური ოსცილატორი წარმოქმნის რხევებს ჩარევის სიხშირეზე. იმისათვის, რომ ეს ფენომენი არ გამოვლინდეს საცნობარო ოსცილატორში, ჩვეულებრივ, მის გამოსავალზე დამონტაჟებულია გამაძლიერებელი, რომლის მთავარი მიზანია არ დაუშვას გარე რხევები კვარცის ოსცილატორში. მსგავსი დიაგრამა ნაჩვენებია სურათზე 3.

თანაბრად მნიშვნელოვანი პარამეტრი, რომელიც დიდწილად განსაზღვრავს ოსცილატორის ფაზურ ხმაურს (ციფრული სქემებისთვის - სინქრონიზაციის სიგნალის ძაბვა) არის მიწოდების ძაბვა, ამიტომ საცნობარო კრისტალური ოსცილატორები ჩვეულებრივ იკვებება უაღრესად სტაბილური, დაბალი ხმაურის ძაბვის წყაროდან და სიმძლავრე არის გაფილტრული RC ან LC სქემებით.

კვარცის ოსცილატორის სიხშირის არასტაბილურობაში უდიდესი წვლილი მიუძღვის კვარცის რეზონანსული სიხშირის ტემპერატურულ დამოკიდებულებას. ბროლის საცნობარო ოსცილატორის რეზონატორების წარმოებაში ჩვეულებრივ გამოიყენება AT- ჭრილები, რომლებიც უზრუნველყოფენ საუკეთესო სიხშირის სტაბილურობას ტემპერატურის მიხედვით. ეს არის 1*10 -5 (10 მემილიონედი ან 10 ppm). კვარცის რეზონატორების სიხშირის დამოკიდებულების მაგალითი AT-დაჭრით ტემპერატურაზე სხვადასხვა ჭრის კუთხით (ჭრის კუთხის ნაბიჯი 10") ნაჩვენებია სურათზე 4.

სიხშირის არასტაბილურობა 1*10 -5 საკმარისია რადიოელექტრონული მოწყობილობების უმეტესობისთვის, ამიტომ კვარცის ოსცილატორები ძალიან ფართოდ გამოიყენება სიხშირის სტაბილურობის გაზრდის სპეციალური ზომების გარეშე. კრისტალურად სტაბილიზირებულ საცნობარო ოსცილატორებს დამატებითი სიხშირის სტაბილიზაციის ზომების გარეშე ეწოდება XO.

როგორც სურათი 4-დან ჩანს, კარგად არის ცნობილი AT-დაჭრილი კვარცის რეზონატორის დარეგულირების სიხშირის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე. უფრო მეტიც, ეს დამოკიდებულება შეიძლება მოიხსნას ექსპერიმენტულად კვარცის რეზონატორის თითოეული კონკრეტული შემთხვევისთვის. ამიტომ, თუ თქვენ მუდმივად გაზომავთ კვარცის ბროლის ტემპერატურას (ან ტემპერატურას კვარცის საცნობარო ოსცილატორის შიგნით), მაშინ საცნობარო ოსცილატორის რხევის სიხშირე შეიძლება გადავიდეს ნომინალურ მნიშვნელობაზე კვარცის რეზონატორთან დაკავშირებული დამატებითი ტევადობის გაზრდით ან შემცირებით. .

სიხშირის კონტროლის სქემიდან გამომდინარე, ასეთ საცნობარო ოსცილატორებს უწოდებენ TCXO (ტემპერატურად კომპენსირებული კრისტალური ოსცილატორები) ან MCXO (მიკროკონტროლერით კონტროლირებადი კრისტალური ოსცილატორები). ასეთი კვარცის საცნობარო ოსცილატორების სიხშირის სტაბილურობამ შეიძლება მიაღწიოს 0,5*10 -6 (0,5 მემილიონედი ან 0,5 ppm)

ზოგიერთ შემთხვევაში, საცნობარო ოსცილატორები იძლევა შესაძლებლობას შეცვალონ ნომინალური გენერირების სიხშირე მცირე საზღვრებში. სიხშირის რეგულირება ხორციელდება კვარცის რეზონატორთან დაკავშირებულ ვარიკაპზე გამოყენებული ძაბვის საშუალებით. გენერატორის სიხშირის რეგულირების დიაპაზონი არ აღემატება პროცენტის ნაწილს. ასეთ გენერატორს VCXO ეწოდება. საცნობარო ოსცილატორის მიკროსქემის ნაწილი (თერმული კომპენსაციის მიკროსქემის გარეშე) ნაჩვენებია სურათზე 5.

ამჟამად, ბევრი კომპანია აწარმოებს საცნობარო ოსცილატორებს სიხშირის სტაბილურობით 0,5 * 10 -6-მდე მცირე ზომის კორპუსებში. ასეთი საცნობარო გენერატორის ნახაზის მაგალითი ნაჩვენებია სურათზე 6.

ლიტერატურა:

სტატიასთან ერთად „საცნობარო ოსცილატორები“ წაიკითხეთ:

http://site/WLL/KvGen.php

http://site/WLL/synt.php

უახლესი სტატისტიკის მიხედვით, მსოფლიოში გამომუშავებული ელექტროენერგიის დაახლოებით 70% მოხმარდება ელექტროძრავებს. და ყოველწლიურად ეს პროცენტი იზრდება.

ელექტროძრავის მართვის სწორად შერჩეული მეთოდით შესაძლებელია მაქსიმალური ეფექტურობის, მაქსიმალური ბრუნვის მოპოვება ელექტრული მანქანის ლილვზე და ამავდროულად გაიზრდება მექანიზმის საერთო მოქმედება. ეფექტურად მოქმედი ელექტროძრავები მოიხმარენ მინიმუმ ელექტროენერგიას და უზრუნველყოფენ მაქსიმალურ ეფექტურობას.

ინვერტორზე მომუშავე ელექტროძრავებისთვის, ეფექტურობა დიდწილად დამოკიდებული იქნება ელექტრული მანქანის მართვის არჩეულ მეთოდზე. მხოლოდ თითოეული მეთოდის უპირატესობების გააზრებით შეუძლიათ ინჟინრებს და მართვით სისტემის დიზაინერებს მიიღონ მაქსიმალური შესრულება თითოეული კონტროლის მეთოდიდან.
შინაარსი:

კონტროლის მეთოდები

ბევრი ადამიანი, რომელიც მუშაობს ავტომატიზაციის სფეროში, მაგრამ მჭიდროდ არ არის ჩართული ელექტრული წამყვანი სისტემების შემუშავებასა და განხორციელებაში, თვლის, რომ ელექტროძრავის კონტროლი შედგება ბრძანებების თანმიმდევრობისგან, რომლებიც შეყვანილია ინტერფეისის გამოყენებით მართვის პანელიდან ან კომპიუტერიდან. დიახ, ავტომატური სისტემის კონტროლის ზოგადი იერარქიის თვალსაზრისით, ეს სწორია, მაგრამ ასევე არსებობს თავად ელექტროძრავის კონტროლის გზები. სწორედ ეს მეთოდები ექნება მაქსიმალურ გავლენას მთელი სისტემის მუშაობაზე.

ასინქრონული ძრავებისთვის, რომლებიც დაკავშირებულია სიხშირის გადამყვანთან, არსებობს კონტროლის ოთხი ძირითადი მეთოდი:

• U/f – ვოლტი ჰერცზე;
• U/f ენკოდერით;
• ღია მარყუჟის ვექტორული კონტროლი;
• დახურული მარყუჟის ვექტორის კონტროლი;

ოთხივე მეთოდი იყენებს PWM პულსის სიგანის მოდულაციას, რომელიც ცვლის ფიქსირებული სიგნალის სიგანეს იმპულსების სიგანის ცვლილებით ანალოგური სიგნალის შესაქმნელად.

პულსის სიგანის მოდულაცია გამოიყენება სიხშირის გადამყვანზე ფიქსირებული DC ავტობუსის ძაბვის გამოყენებით. სწრაფად გახსნით და დახურვით (უფრო სწორად, გადართვით) ისინი წარმოქმნიან გამომავალ იმპულსებს. გამომავალზე ამ იმპულსების სიგანის შეცვლით, სასურველი სიხშირის "სინუსოიდი" მიიღება. მაშინაც კი, თუ ტრანზისტორების გამომავალი ძაბვის ფორმა პულსირებულია, დენი მაინც მიიღება სინუსოიდის სახით, რადგან ელექტროძრავას აქვს ინდუქციური მოქმედება, რომელიც გავლენას ახდენს დენის ფორმაზე. კონტროლის ყველა მეთოდი დაფუძნებულია PWM მოდულაციაზე. კონტროლის მეთოდებს შორის განსხვავება მდგომარეობს მხოლოდ ელექტროძრავაზე მიწოდებული ძაბვის გაანგარიშების მეთოდში.

ამ შემთხვევაში, გადამზიდავი სიხშირე (წითლად ნაჩვენები) წარმოადგენს ტრანზისტორების გადართვის მაქსიმალურ სიხშირეს. ინვერტორების გადამზიდავი სიხშირე ჩვეულებრივ არის 2 kHz - 15 kHz დიაპაზონში. სიხშირის მითითება (აჩვენა ლურჯი) არის გამომავალი სიხშირის ბრძანების სიგნალი. ჩვეულებრივი ელექტროძრავის სისტემებში გამოყენებული ინვერტორებისთვის, როგორც წესი, ის მერყეობს 0 ჰც-დან 60 ჰც-მდე. როდესაც ორი სიხშირის სიგნალები ერთმანეთზეა გადატანილი, გაიცემა სიგნალი ტრანზისტორის გასახსნელად (მითითებულია შავით), რომელიც ელექტროძრავას აწვდის დენის ძაბვას.

U/F კონტროლის მეთოდი

ვოლტ-ზე-ჰც-ზე კონტროლი, რომელსაც ყველაზე ხშირად უწოდებენ U/F, არის ალბათ უმარტივესი კონტროლის მეთოდი. იგი ხშირად გამოიყენება ელექტროძრავის მარტივ სისტემებში მისი სიმარტივისა და მუშაობისთვის საჭირო პარამეტრების მინიმალური რაოდენობის გამო. კონტროლის ეს მეთოდი არ საჭიროებს ენკოდერის და სავალდებულო პარამეტრების სავალდებულო ინსტალაციას ცვლადი სიხშირის ელექტროძრავისთვის (მაგრამ რეკომენდებულია). ეს იწვევს დამხმარე აღჭურვილობის დაბალ ხარჯებს (სენსორები, უკუკავშირის მავთულები, რელეები და ა.შ.). U/F კონტროლი საკმაოდ ხშირად გამოიყენება მაღალი სიხშირის მოწყობილობებში, მაგალითად, ის ხშირად გამოიყენება CNC მანქანებში spindle როტაციისთვის.

მუდმივი ბრუნვის მოდელს აქვს მუდმივი ბრუნი მთელ სიჩქარის დიაპაზონში, იგივე U/F თანაფარდობით. ცვლადი ბრუნვის კოეფიციენტის მოდელს აქვს დაბალი მიწოდების ძაბვა დაბალ სიჩქარეზე. ეს აუცილებელია ელექტრო მანქანის გაჯერების თავიდან ასაცილებლად.

U/F არის ერთადერთი გზა ასინქრონული ელექტროძრავის სიჩქარის დასარეგულირებლად, რომელიც საშუალებას იძლევა აკონტროლოთ რამდენიმე ელექტრო დისკი ერთი სიხშირის გადამყვანიდან. შესაბამისად, ყველა მანქანა ერთდროულად იწყება და ჩერდება და მუშაობს იმავე სიხშირით.

მაგრამ კონტროლის ამ მეთოდს აქვს რამდენიმე შეზღუდვა. მაგალითად, U/F მართვის მეთოდის გამოყენებისას ენკოდერის გარეშე, აბსოლუტურად არ არის დარწმუნებული, რომ ასინქრონული მანქანის ლილვი ბრუნავს. გარდა ამისა, ელექტრული მანქანის საწყისი ბრუნვის სიჩქარე 3 ჰც სიხშირეზე შემოიფარგლება 150%-მდე. დიახ, შეზღუდული ბრუნვის მომენტი საკმარისზე მეტია არსებული აღჭურვილობის უმეტესი ნაწილისთვის. მაგალითად, თითქმის ყველა ვენტილატორი და ტუმბო იყენებს U/F კონტროლის მეთოდს.

ეს მეთოდი შედარებით მარტივია მისი უფრო თავისუფალი სპეციფიკაციის გამო. სიჩქარის რეგულირება, როგორც წესი, მაქსიმალური გამომავალი სიხშირის 2%-3%-ის ფარგლებშია. სიჩქარის პასუხი გამოითვლება 3 ჰც-ზე მეტი სიხშირეებისთვის. სიხშირის გადამყვანის რეაგირების სიჩქარე განისაზღვრება საცნობარო სიხშირის ცვლილებებზე მისი რეაგირების სიჩქარით. რაც უფრო მაღალია რეაგირების სიჩქარე, მით უფრო სწრაფად რეაგირებს ელექტროძრავა სიჩქარის პარამეტრებში ცვლილებებზე.

სიჩქარის კონტროლის დიაპაზონი U/F მეთოდის გამოყენებისას არის 1:40. ამ თანაფარდობის გამრავლებით ელექტროძრავის მაქსიმალურ ოპერაციულ სიხშირეზე, მივიღებთ იმ მინიმალური სიხშირის მნიშვნელობას, რომლითაც ელექტრო მანქანას შეუძლია მუშაობა. მაგალითად, თუ მაქსიმალური სიხშირის მნიშვნელობა არის 60 ჰც და დიაპაზონი 1:40, მაშინ მინიმალური სიხშირის მნიშვნელობა იქნება 1,5 ჰც.

U/F ნიმუში განსაზღვრავს ურთიერთობას სიხშირესა და ძაბვას შორის ცვლადი სიხშირის დისკის მუშაობის დროს. მისი მიხედვით, ბრუნვის სიჩქარის დაყენების მრუდი (ძრავის სიხშირე) გარდა სიხშირის მნიშვნელობისა, განსაზღვრავს ელექტრული მანქანის ტერმინალებზე მიწოდებულ ძაბვის მნიშვნელობასაც.

ოპერატორებსა და ტექნიკოსებს შეუძლიათ შეარჩიონ სასურველი U/F კონტროლის ნიმუში ერთი პარამეტრით თანამედროვე სიხშირის გადამყვანში. წინასწარ დაინსტალირებული შაბლონები უკვე ოპტიმიზებულია კონკრეტული აპლიკაციებისთვის. ასევე არსებობს შესაძლებლობა შექმნათ თქვენი საკუთარი შაბლონები, რომლებიც ოპტიმიზირებული იქნება კონკრეტული ცვლადი სიხშირის დრაივისთვის ან ელექტროძრავის სისტემისთვის.

მოწყობილობებს, როგორიცაა ვენტილატორები ან ტუმბოები, აქვთ დატვირთვის ბრუნვის სიჩქარე, რომელიც დამოკიდებულია მათ ბრუნვის სიჩქარეზე. U/F ნიმუშის ცვლადი ბრუნვის მომენტი (სურათი ზემოთ) ხელს უშლის კონტროლის შეცდომებს და აუმჯობესებს ეფექტურობას. კონტროლის ეს მოდელი ამცირებს მაგნიტიზაციურ დენებს დაბალ სიხშირეებზე ელექტრო მანქანაზე ძაბვის შემცირებით.

მუდმივი ბრუნვის მექანიზმები, როგორიცაა კონვეიერები, ექსტრუდერები და სხვა აღჭურვილობა, იყენებენ მუდმივი ბრუნვის კონტროლის მეთოდს. მუდმივი დატვირთვით, სრული დამაგნიტირების დენი საჭიროა ყველა სიჩქარით. შესაბამისად, მახასიათებელს აქვს სწორი დახრილობა სიჩქარის მთელ დიაპაზონში.

U/F კონტროლის მეთოდი ენკოდერით

თუ საჭიროა როტაციის სიჩქარის კონტროლის სიზუსტის გაზრდა, კონტროლის სისტემას ემატება ენკოდერი. სიჩქარის უკუკავშირის დანერგვა ენკოდერის გამოყენებით საშუალებას გაძლევთ გაზარდოთ კონტროლის სიზუსტე 0,03%-მდე. გამომავალი ძაბვა მაინც განისაზღვრება მითითებული U/F ნიმუშით.

კონტროლის ეს მეთოდი არ არის ფართოდ გამოყენებული, რადგან უპირატესობები მას იძლევა სტანდარტულ U/F ფუნქციებთან შედარებით მინიმალურია. საწყისი ბრუნვის მომენტი, რეაგირების სიჩქარე და სიჩქარის კონტროლის დიაპაზონი ყველა იდენტურია სტანდარტული U/F. გარდა ამისა, როდესაც ოპერაციული სიხშირეები იზრდება, შეიძლება წარმოიშვას ენკოდერის მუშაობასთან დაკავშირებული პრობლემები, რადგან მას აქვს შეზღუდული რაოდენობის რევოლუციები.

ღია მარყუჟის ვექტორული კონტროლი

ღია მარყუჟის ვექტორული კონტროლი (VC) გამოიყენება ელექტრული მანქანის უფრო ფართო და დინამიური სიჩქარის კონტროლისთვის. სიხშირის გადამყვანიდან დაწყებისას, ელექტროძრავებს შეუძლიათ განავითარონ საწყისი ბრუნვის მომენტი ნომინალური ბრუნვის 200% მხოლოდ 0,3 ჰც სიხშირით. ეს მნიშვნელოვნად აფართოებს მექანიზმების ჩამონათვალს, სადაც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ასინქრონული ელექტროძრავა ვექტორული კონტროლით. ეს მეთოდი ასევე საშუალებას გაძლევთ აკონტროლოთ აპარატის ბრუნვის სიჩქარე ოთხივე კვადრატში.

ბრუნვის მომენტი შეზღუდულია ძრავით. ეს აუცილებელია აღჭურვილობის, მანქანების ან პროდუქტების დაზიანების თავიდან ასაცილებლად. ბრუნვის მნიშვნელობა დაყოფილია ოთხ განსხვავებულ კვადრატად, რაც დამოკიდებულია ელექტრული მანქანის ბრუნვის მიმართულებაზე (წინ ან უკან) და იმის მიხედვით, არის თუ არა ელექტროძრავის დანერგვა. ლიმიტები შეიძლება დაწესდეს თითოეული კვადრატისთვის ინდივიდუალურად, ან მომხმარებელს შეუძლია დააყენოს საერთო ბრუნვის სიჩქარე სიხშირის გადამყვანში.

ასინქრონული მანქანის ძრავის რეჟიმი უზრუნველყოფილი იქნება, რომ როტორის მაგნიტური ველი ჩამორჩება სტატორის მაგნიტურ ველს. თუ როტორის მაგნიტური ველი იწყებს სტატორის მაგნიტურ ველს აჭარბებს, მაშინ მანქანა გადავა რეგენერაციულ დამუხრუჭების რეჟიმში ენერგიის განთავისუფლებით; სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ასინქრონული ძრავა გადადის გენერატორის რეჟიმში.

მაგალითად, ბოთლის თავსახურის მანქანამ შეიძლება გამოიყენოს ბრუნვის შეზღუდვა 1 კვადრატში (წინა მიმართულება დადებითი ბრუნვით), რათა თავიდან აიცილოს ბოთლის თავსახურის ზედმეტი გამკაცრება. მექანიზმი წინ მიიწევს და იყენებს პოზიტიურ ბრუნს ბოთლის თავსახურის დასამკაცრებლად. მაგრამ ისეთი მოწყობილობა, როგორიც არის ლიფტი, რომლის საწინააღმდეგო წონა უფრო მძიმეა ვიდრე ცარიელი მანქანა, გამოიყენებს მეოთხედს 2 (უკუ როტაცია და დადებითი ბრუნვის მომენტი). თუ სალონი აწევს ზედა სართულზე, მაშინ ბრუნი იქნება სიჩქარის საპირისპირო. ეს აუცილებელია აწევის სიჩქარის შესაზღუდად და საპირწონე წონის თავისუფლად ვარდნის თავიდან ასაცილებლად, რადგან ის სალონზე მძიმეა.

ამ სიხშირის გადამყვანებში მიმდინარე გამოხმაურება საშუალებას გაძლევთ დააწესოთ შეზღუდვები ელექტროძრავის ბრუნვისა და დენის შესახებ, რადგან დენი იზრდება, ბრუნვის მომენტიც იზრდება. ინვერტორის გამომავალი ძაბვა შეიძლება გაიზარდოს, თუ მექანიზმი მოითხოვს მეტ ბრუნვას, ან შემცირდეს მისი მაქსიმალური დასაშვები მნიშვნელობის მიღწევის შემთხვევაში. ეს ხდის ასინქრონული მანქანის ვექტორული მართვის პრინციპს უფრო მოქნილს და დინამიურს U/F პრინციპთან შედარებით.

ასევე, სიხშირის გადამყვანებს ვექტორული კონტროლით და ღია მარყუჟით აქვთ უფრო სწრაფი სიჩქარის პასუხი 10 ჰც, რაც შესაძლებელს ხდის მის გამოყენებას შოკის დატვირთვის მქონე მექანიზმებში. მაგალითად, კლდის გამანადგურებელებში დატვირთვა მუდმივად იცვლება და დამოკიდებულია დამუშავებული ქანების მოცულობასა და ზომებზე.

U/F მართვის შაბლონისგან განსხვავებით, ვექტორული კონტროლი იყენებს ვექტორულ ალგორითმს ელექტროძრავის მაქსიმალური ეფექტური მოქმედი ძაბვის დასადგენად.

VU-ს ვექტორული კონტროლი წყვეტს ამ პრობლემას ძრავის დენზე უკუკავშირის არსებობის გამო. როგორც წესი, დენის უკუკავშირი წარმოიქმნება თავად სიხშირის გადამყვანის შიდა დენის ტრანსფორმატორებით. მიღებული დენის მნიშვნელობის გამოყენებით, სიხშირის გადამყვანი ითვლის ელექტრული მანქანის ბრუნვას და ნაკადს. საავტომობილო დენის ძირითადი ვექტორი მათემატიკურად იყოფა მაგნიტირების დენის (I d) და ბრუნვის (I q) ვექტორად.

ელექტრული მანქანის მონაცემებისა და პარამეტრების გამოყენებით, ინვერტორი ითვლის მაგნიტირების დენის (I d) და ბრუნვის (I q) ვექტორებს. მაქსიმალური შესრულების მისაღწევად, სიხშირის გადამყვანმა უნდა დატოვოს I d და I q დაშორებული 90 0 კუთხით. ეს მნიშვნელოვანია, რადგან sin 90 0 = 1, და მნიშვნელობა 1 წარმოადგენს მაქსიმალური ბრუნვის მნიშვნელობას.

ზოგადად, ინდუქციური ძრავის ვექტორული კონტროლი უზრუნველყოფს უფრო მკაცრ კონტროლს. სიჩქარის რეგულირება არის მაქსიმალური სიხშირის დაახლოებით ±0,2%, ხოლო რეგულირების დიაპაზონი აღწევს 1:200, რომელსაც შეუძლია შეინარჩუნოს ბრუნვის სიჩქარე დაბალ სიჩქარეზე მუშაობისას.

ვექტორული უკუკავშირის კონტროლი

უკუკავშირის ვექტორული კონტროლი იყენებს იმავე მართვის ალგორითმს, როგორც ღია მარყუჟის VAC. მთავარი განსხვავება არის ენკოდერის არსებობა, რომელიც საშუალებას აძლევს ცვლადი სიხშირის დისკს განავითაროს 200% საწყისი ბრუნვის სიჩქარე 0 rpm-ზე. ეს წერტილი უბრალოდ აუცილებელია ლიფტების, ამწეების და სხვა ამწევი მანქანების გადაადგილებისას საწყისი მომენტის შესაქმნელად, რათა თავიდან იქნას აცილებული ტვირთის ჩაძირვა.

სიჩქარის უკუკავშირის სენსორის არსებობა საშუალებას გაძლევთ გაზარდოთ სისტემის რეაგირების დრო 50 ჰც-ზე მეტზე, ასევე გააფართოვოთ სიჩქარის კონტროლის დიაპაზონი 1:1500-მდე. ასევე, უკუკავშირის არსებობა საშუალებას გაძლევთ აკონტროლოთ არა ელექტრო მანქანის სიჩქარე, არამედ ბრუნვის სიჩქარე. ზოგიერთ მექანიზმში დიდი მნიშვნელობა აქვს ბრუნვის მნიშვნელობას. მაგალითად, გრაგნილი მანქანა, ჩაკეტვის მექანიზმები და სხვა. ასეთ მოწყობილობებში აუცილებელია მანქანის ბრუნვის რეგულირება.