Amplificatoare electronice pentru reglarea proceselor lente

AMPLIFICATOARE ELECTRONICE PENTRU REGLAREA PROCESELOR LENTE

Procesele tehnologice lente sunt caracterizate prin viteze reduse de variatie ale marimilor reglate; ele se intalnesc in industria chimica, metalurgica etc., iar marimile care trebuie sa fie reglate sunt: temperatura, presiunea, debitul, nivelul, concentratia, pH-ul, umiditatea.

Viteza redusa de variatie a marimilor din instalatiile tehnologice ca si dificultatea masurarii impun construirea unor regulatoare automate avand parametrii constanti in timp si reglabili in limite largi.

In majoritatea cazurilor se folosesc pentru reglarea proceselor lente echipamente apartinand unor sisteme unificate. De aceea, in continuare, vor fi prezente, cu ajutorul unor exemple, principiile constructive si functionale ale adaptoarelor, regulatoarelor si circuitelor auxiliare de calcul din sistemul unificat SEROM fabricat in Romania. Traductoarele destinate proceselor lente nu vor fi tratate in acest capitol.

Un salt calitativ in constructia echipamentelor de reglare automata s-a facut o data cu introducerea in structura lor a circuitelor integrate. Dintre acestea, cel mai des intalnit in toate schemele electrice este amplificatoruloperational integrat.

Fig. 1. Simbolul amplificatorului operational integrat

Simbolul sau este prezentat in figura 1. Acest circuit are doua borne de alimentare (E si E), doua borne de intrare (borna neinversoare notata cu "+" si borna inversoare notata cu "-") si o borna de iesire. Relatia care leaga tensiunile dintre aceste borne si borna comuna de masa este:

U = A(U - U)

Datorita structurii complexe a amplificatorului - format din mai multe etaje - amplificarea A este foarte mare (de ordinul miilor sau zecilor de mii); in cosecinta, pentru valori uzuale ale tensiunii de iesire, diferenta U- U este foarte mica si, in continuare, va fi considerata nula, adica se va considera U= U.

Pe de alta parte, rezistentele de intrare pe ambele intrari ale amplificatorului sunt foarte mari ceea ce permite neglijarea curentilor de intrare atat in borna inversoare cat si in cea neinversoare.

1.1. Adaptoare din cadrul sistemelor de reglare automata a proceselor lente

Adaptorul este elementul de automatizare care preia semnalul electric de la iesirea traductorului si il converteste in semnal unificat, avand o variatie proportionala cu variatia marimii fizice aplicate la intrarea traductorului.

Principala performanta a adaptoarelor este precizia care se doreste a fi cat mai ridicata. Majoritatea producatorilor realizeaza aceste blocuri in clasa de precizie 0,5, sau, uneori, chiar mai buna.

Adaptoarelor se monteaza in diverse puncte ale instalatiei in apropierea traductorului sau facand corp comun cu el. Din acest motiv, ele trebuie sa fie capabile sa functioneze intr-o gama larga de temperaturi ale mediului ambiant si li se impun conditii mult mai severe de protectie la medii corosive, etanseotate si protectie antiexploziva.

Blocurile adaptoare se impart in mai multe categorii, dupa tipul traductorului la care se conecteaza:

adaptoare pentru traductoare de temperatura;

adaptoare pentru traductoare de pH;

adaptoare pentru traductoare de potential redox (oxido-reducere)

adaptoare pentru traductoare de conductibilitate;

adaptoare pentru traductoare de debit;

adaptoare pentru traductoare de presiune.

In continuare, structura si functionarea adaptoarelor este ilustrata cu ajutorul unui exemplu: adaptorul pentru termorezistenta ELT-162 fabricat de Fabrica de Elemente pentru Automatizari (FEA).

Adaptoarele pentru traductoare de temperatura pot fi cuplate cu termocupluri, termorezistente sau pirometre. Modelul ELT-162 poate functiona cu unul dintre primele doua traductoare, in continuare este prezentata varianta destinata termorezistentelor.

Fig. 1.1. Schema bloc a adaptorului ELT-162

Schema generala a adaptorului, prezentata in figura 1.1. cuprinde urmatoarele blocuri:

puntea P avand intr-unul din brate traductorul termorezistiv R semnalul ei de iesire este tensiunea lent variabila U dependenta de valoarea R si, implicit, de temperatura incintei in care este montata aceasta termorezistenta;

lantul amplificator format din amplificatorul operational AO si amplificatorul de iesire AE;

circuitul de reactie negativa CR care are rolul de a liniariza caracteristica I=Iθ a intregului circuit si de a minimaliza influenta pertubatiilor asupra functionarii adaptorului.

Rezistenta de sarcina R reprezinta rezistenta de intrare a elementului de automatizare urmator (de obicei un regulator automat) iar I este marimea de iesire, variabila intre 2 si 10 mA (sau intre 4 si 20 mA).

Pentru a intelege functionarea adaptorului si modul in care se realizeaza o caracteristica intrare-iesire liniara de forma Δ I=KΔθ, este necesar sa incepem prin examinarea comportarii termorezistentei.

Caracteristica statica a termorezistentei R= R(θ) este neliniara. De pilda, in cazul termorezistentei de platina tip Pt 50 aceasta caracteristica, reprezentata in figura 1.2., este data de relatia:

unde; este rezistenta traductorului la 0°C;

.

Pentru liniarizarea caracteristicii statice a ansamblului termorezistenta - adaptor, curba din figura 1.2 este aproximata prin cinci segmente cu pante variabile ca in figura 1. Conform figurii, pentru fiecare segment este variabila relatia: , panta segmentelor, K, descrescand o data cu cresterea temepraturii.

Fig. 1.2 Caracteristica statica in termorezistenta RT = f(q).

Fig. 1. Aproximarea prin segmente de dreapta a caracteristicii statice a termorezistentei.

Caracteristica statica a puntii. Schema electrica reala a puntii este redata in figura 1.4, a. Termorezistenta este legata prin trei fire pentru compensarea variatiei rezistentei firelor de legatura cu variatia temperaturii mediului ambiant. Rezistentele Ra, Rb, Rc servesc la etalonarea aparatului: cand comutatoarele K si K sunt cuplate pe pozitia 2, tensiunea Up este data de tensiunea la bornele rezistentei Rb care apartine divizorului de tensiune Ra, Rb, Rc alimentat cu tensiunea U. Tensiunea Up este reglata la valoarea dorita cu ajutorul potentiometrelor P si P.

Fig. 1.4. Schema electrica a puntii Wheatstone din componenta adaptorului ELT-162 (a) si schema echivalenta simplificata a puntii (b).

Pentru ca puntea sa-si indeplineasca rolul de convertor al rezistentei traductorului intr-o tensiune lent variabila, comutatoarele K si K sunt cuplate pe pozitia 1 si schema ei echivalenta este cea din figura 1.4, b. Pentru o valoare initiala R a termorezistentei, tensiunea de iesire din punte este:

deoarece R < R.

In mod analog, pentru o valoare curenta R, se obtine: .

Facand diferenta ultimelor doua relatii, se obtine ecuatia puntii care este liniara: .

Caracteristica statica a lantului amplificator. In figura 1.5 in care este reprezentat acest lant, amplificatorul de iesire este format din tranzistoarele T si T; rezistenta R este rezistenta echivalenta de intrare a circuitului de reactie.

Tensiunea de iesire a amplificatorului operational are expresia .

Daca (tensiunea de stabilire a diodei Zener), dioda Zener este blocata, .

Se scrie legea a doua a lui Kirchhoff pe ochiul format de R, jonctiunile baza - emitator ale celor doua tranzistoare si rezistenta R: .

Deoarece si , rezulta: sau , de unde rezulta: sau .

Fig. 1.5. Schema electrica a lantului amplificator din componenta adaptorului ELT-162

Caracteristica statica a amplificatorului in bucla deschisa.

Caracteristica statica a amplificatorului in bucla deschisa este, deci, liniara.

La valori mari ale tensiunii , dioda Zener se deschide si, aplicand legea a doua a lui Kirchhoff pe ochiul format din dioda Zener, jonctiunile emitorbaza ale tranzistoarelor si rezistenta Ri se obtine: de unde .

Cu alte cuvinte, dioda Zener are rolul de limitator al curentului de reactie reprezentata in figura 1.6 trebuie sa aiba aceeasi figura ca si caracteristica din figura 1.3 pentru compensarea neliniaritatilor.

Fig. 1.6. Caracteristica statica a circuitului de reactie .

In circuitul de reactie (fig. 1.7) tranzistoarele sunt astfel polarizate pe baza incat ele se deschid pe rand pe masura cresterii curentului I.

Cand curentul I este mic, toate tranzistoarele sunt blocate si circuitul de reactie este echivalent celui din figura 1.8. In aceasta situatie, tensiunea de reacie are expresia: si .

Fig. 1.8. Schema electrica echivalenta a circuitului de reactie corespunzatoare cazului in care toate tranzistorului sunt blocate.

Fig. 1.7. Schema electrica a circuitului de reactie.

La cresterea curentului , creste tensiunea la intrarea circuitului de reactie si cresc de asemeni, tensiunile , pe jonctiunile baza - emitor ale celor patru tranzistoare.

Intr-adevar, considerand circuitul din figura 1.9, "a" in care a fost luat in considerare numai primul din cele patru tranzistoare ale circuitului de reactie, se poate exprima tensiunea intre baza acestui tranzistor si masa: de unde , deoarece pana la deschiderea tranzistorului , curentul I este nul. Rezulta din ultima relatie ca o data cu cresterea tensiunii , tensiunea creste: aceleasi lucru se intampla cu toate tranzistoarele dar primu care se deschide este , deoarece tensiunea este prima care ajunge la valoarea de deschidere a tranzistorului. (Se observa cu usurinta ca tensiunile sunt negative).

Dupa deschiderea tranzistorului , circuitul echivalent circuitului de reactie este reprezentat in figura 1.9, "a". Inlocuind in aceasta figura rezistentele legate intre punctele A si B prin rezistenta lor echivalenta se obtine schema electrica din figura 1.9, "b". In aceasta figura se egaleaza cu zero suma tensiunilor pe ochiul format din jumatatea stanga a potentiometrului P, in jonctiunea baza-emitor a tranzistorului , rezistentele : .

Se inlocuieste in aceasta relatie valoarea curentului I obtinuta prin aplicarea primei legi a lui Kirchhoff in nodul A: si se deduce expresia curentului :

.

Din figura 1.9, "a" se deduce tensiunea de reactie:

Pentru aceasta situatie, variatia tensiunii de reactie va fi:

Se observa ca panta caracteristicii scade fata de primul caz cand este blocat ; analog, se poate arata ca pe masura ce intra in conductie celelalte tranzistoare, se realizeaza noi segmente a caror panta scade.

Fig. 1.9 Schemele echivalente ale circuitului de reactie in cazul in care numai tranzistorul T1 conduce

Abscisele punctelor de frangere ale caracteristicii statice din figura 1.6 sunt determinate de pozitiile cursoarelor potentiometrelor P iar pantele segmentelor sunt reglate prin variatia rezistentelor .

Caracteristica statica a ansamblului termorezistenta - adaptor. Conform figurii 1.1: .

Considerand variatiile acestor marimi, relatia devine: .

Inlocuind variatiile acestor tensiuni cu ajutorul variatiilor si , se obtine: .

Deoarece si scade cu cresterea temperaturii si a curentului de iesire, raportul se mentine constant si caracteristica totala este liniara.

2.1. Regulatoare electronice pentru reglarea proceselor lente

1. Structura generala a regulatoarelor. Fie ca este destinat reglarii unor procese lente sau unor procese rapide, regulatorul automat electronic trebuie sa posede echipamente care sa-i asigure flexibilitatea maxima.

Structura unui regulator electronic este prezentata in figura 2.1. Elementul esential din aceasta schema este unitatea de reglare in care este elaborat algoritmul de reglare. Ea este alcatuita din ampolificatoare operationale la care sunt conectate circuite de corectie alese corespunzator pentru obtinerea legii de reglare dorite.

Eroarea r(t) este caluclata atat in unitatea de reglare, cat si in exteriorul ei, in blocul de calcul al erorii. Semnalul de referinta r(t) poate fi prescris manual de un operator (de exemplu, in timpul verificarilor), poate proveni de la alt regulator sau de la un calculator. De aici rezulta necesitatea introducerii unui bloc de comutare a semnalului de referinta.

De asemenea, semnalul de comanda al elementului de executie, u(t), poate proveni de la unitatea de reglare (un mod normal), de la un dispozitiv de comanda manuala (in timpul reglajelor sistemului automat) sau de la un calculator (care preia, in aceasta situatie, functia regulatorului). De aceea este necesar comutatorul regimului de functionare; pentru ca trecerea sistemului automat de la un regim de lucru la altu sa se faca fara variatii bruste ale semnalului de comanda, este necesar circuitul de echilibrare.

Fig. 2.1. Schema-bloc a unui regulator automat electronic

Asa cum rezulta din figura 2.1, in structura regulatorului mai sunt prevazute:

un circuit de afisare a erorii e(t), a semnalului de iesire din sistem y(t), sau a semnalului de comanda u(t);

blocuri limitatoare care mentin semnalele din interiorul regulatorului in limite admisibile;

blocuri de semnalizare optica si acustica pentru alarmarea personalului supraveghetor in cazul in care marimea de comanda iese din limitele admisibile.

1. Circuite de baza din componenta regulatoarelor

a)      Circuitul de comparatie calculeaza diferenta dintre semnalul de reactie yr si semnalul de referinta r.

Cea mai simpla varianta consta in utilizarea unui amplificator operational in montaj diferential (fig. 2.2).

Se aplica legea I a lui Kirchhoff pe intrarea inversoare neglijand curentul de intrare in amplificatorul operational:

Fig. 2.2. Circuit de comparatie realizat cu un amplificator operational in montaj diferential.

de unde:

Deoarece se aplica divizorului de tensiune rezulta: .

Din conditia , se obtine: de unde:

Daca este semnalul de referinta, iar este semnalul de reactie, este evident ca este proportional cu semnalul e(t).

Fig. 2. Circuit de comparatie realizat cu doua amplificatoare operationale.

O alta varianta de circuit de comparatie este cea din figura 8.2. Deoarece se aplica divizorului de tensiune format din doua rezistente , rezulta:

Deoarece rezulta .

Aplicand legea I a lui Kirchhoff pe intrarea inversoare a celui de-al doilea amplificator operational si neglijand curentul de intrare in amplificator, se obtine:

De asemenea, pentru : , de unde:

b) Circuite pentru realizarea legii de reglare. Aceste circuite contin amplificatoare operationale si circuite de corectie formate din rezistente si condensatoare.

. Pentru realizarea legii - se poate folosi circuitul din figura 2.4.

Se aplica legea I a lui Kirchhoff pe intrarea inversoare a amplificatorului operational tinandu-se seama de faptul ca ;

Pentru inlaturarea semnului ( - ), este suficienta aplicarea semnalului e(t) cu polaritate inversa.

Fig. 2.4. Schema de principiu pentru realizarea legii

. Pentru realizarea operatiei de derivare se foloseste circuitul din figura 2.5.

Curentul este derivata sarcinii condensatorului C: Deci:

Fig. 2.5. Circuit de derivare

. Pentru realizarea operatiei de integrare se foloseste circuitul din figura 2.6.:

Curentul este derivata sarcinii la bornele condensatorului C:

Fig. 2.6. Circuit de integrare.

Pentru realizarea legii PD de forma:

se poate folosi circuitul din figura 2.7. Se aplica prima lege a lui Kirchhoff pe borna inversoare a amplificatorului operational tinandu-se seama ca :

Deci si

Fig. 2.7. Principiul realizarii legii PD:

. Pentru realizarea legii PI de forma: se poate folosi circuitul din figura 2.8.

Se aplica prima lege a lui Kirchhoff pe borna inversoare a amplificatorului operational:

Prin integrarea acestei relatii se obtine:

Deci si

Fig. 2.8. Principiul realizarii legii PI:

. Legea PID poate fi obtinuta cu un singur amplificator operational dar in acest caz parametrii sunt interdependenti, ceea ce face ca modificarea unui parametru sa duca la modificarea celorlalti.

Metoda care asigura o independenta totala a parametrilor de acordare consta in folosirea unor circuite separate pentru obtinerea componentelor legii de reglare. Conform figurii 2.9, semnalele de iesire ale blocurilor P, I si D sunt insumate in blocul sumator prevazut cu o reactie negativa pentru modificarea factorului

Fig. 2.9. Principiul realizarii legii PID , cu parametrii independenti

Caracteristicile regulatoarelor electronice pentru procese lente.

Din cauza vitezelor mici de variatie a semnalelor in cazul acestor procese, constantele de timp si iau valori mari, ceea ce impune utilizarea unor rezistente, condensatoare si amplificatoare operationale de buna calitate, ale caror caracteristici sa nu varieze in timp.

Totodata, din cauza imposibilitatii de a determina cu precizie parametrii instalatiilor tehnologice, rezulta necesitatea folosirii unor regulatoare cu constante de timp reglabile in limite largi. De exemplu, regulatorul continuu ELC 1130 fabricat in tara noastra este realizat in patru variante constructive avand urmatoarele game de variatie ale parametrilor de acordare:

BP=2% 500% (sai 2% 1 000%);

=1 s 2 000 s;

=0,6 s 600 s.

Pentru exemplificare, se trec in revista, in continuare, caracteristicile generale ale principalelor regulatoare electronice din sistemul electronic de reglaj automat romanesc SEROM.

a) Blocurile de reglare sunt realizate cu amplificatoare electronice integrate avand perfomante ridicate, curenti de intrare foarte mari (de ordinul picoamperilor) foarte putin variabili in timp.

b) Eroarea e este prelucrata dupa o lege PI, iar marimea de reactie dupa o lege PID, pentru a se evita socurile provocate de componenta derivata asupra instalatiei tehnologice. Astfel, deoarece: rezulta: si se constata ca in derivata erorii intervine si derivata

Avand in vedere ca marimea de referinta poate avea variatii treapta, derivatele si marimea de comanda u pot lua valori foarte mari ceea ce provoaca socuri inadmisibile asupra instalatiei tehnologice cauzand chiar distrugerea ei.

c) Pentru a se evita interdependenta dintre parametrii legii de reglare (), in sistemul SEROM s-a adoptat solutia utilizarii de amplificatoare operationale separate pentru compoonentele P, D si PI.

Totodata au fost prevazute cate doua rezistente variabile in blocul D si in blocul PI pentru a se asigura game suficient de mari de variatie a parametrilor din legea de reglare fara a se mari prea mult valorile condensatoarelor (ceea ce ar fi ridicat costul acestora) si ale reszistentelor (ceea ce ar fi micsorat precizia lor).

d) Pentru limitarea efectelor zgomotorului cu asigurarea largimi de banda dorite sunt prevazute filtrari ale semnalului.

e) Semnalul de iesire al oricarui regulator din SEROM este un semnal unificat de 4 20 mA curent continuu; la intrare, regulatorul accepta semnale unificate multiple: in curent continuu sau in tensiune continua. Intre modulele componente ale blocului de reglare se transmit semnale in gama 1 5 V cc.

Schema de elemente a unui regulator din SEROM este reprezentata in figura 2.10; ea contine urmatoarele blocuri:

Fig. 2.10. Schema de elemente a unui regulator din SEROM.

modulul adaptor de intrare;

modulul D;

modulul P+PI;

modulul convertor de iesire.

In modulul adaptor de intrare se gaseste elementul de comparatie EC destinat calcului semnalului de eroare si un bloc de filtrare prin care este trecut numai semnalul de reglat y.

In modulul D semnalul y este derivat.

In modulul P+PI abaterea e(t) si semnalul corespunzator marimii reglate sunt insumate dupa care rezultanta este trecuta prin doua blocuri succesive tip P si PI.

Modulul de iesire, proiectat astfel incat sa aiba o rezistenta de iesire mica, asigura o variatie a semnalului de comanda in gama unificata 4/20 mA.

4. Regulatoare electronice discontinue.

Daca marimea de comanda de iesirea regulatorului electronic poate avea numai anumite valori, acesta se numeste discontinuu. Caracteristica lui de transfer in regim stationar este neliniara. Regulatoarele discontinue (de fapt, un caz particular al regulatoarelor neliniare) sunt utile in acele procese industriale in care sunt admise mici variatii ale marimilor reglate in jurul unei valori de referinta intre doua limite; ele se impart in doua categorii:

bipozitionale;

tripozitionale.

Regulatoarele bipozitionale. Caracteristica de transfer in regim stationar a acestor regulatoare are forma din figura 2.11, a; histerzisul este util in orice sistem real deoarece zgomotele care ar aparea in sistemul fara histerezis ar conduce la aparitia unor oscilatii nedorite ale marimii de iesire.

Schema bloc a regulatoarelor bipozitionale este data in figura 2.11, b, si include un element de comparatie a marimii de referinta cu marimea de reactie, un amplificator electronic liniar A si un circuit de prag care face trecerea din continuu in discontinuu.

Fig. 2.11. Regulatorul bipozitional;

a - caracteristica de transfer ; b - schema-bloc.

In sistemele ce folosesc un semnal unificat in curentul, comparatorul este format din doua rezistente egale parcurse de curentul de referinta si de cel de reactie in sens invers. In cazul sistemelor ce folosesc semnale unificate in tensiune, circuitul de comparatie si amplificatorul se pot realiza cu un amplificator diferential.

Circuitul de prag, in instalatiile mai vechi, este un releu electromagnetic care efectueaza si o amplificare, curentul din circuitul comandat de contactele releului fiind mai mare decat cel de alimentare.

Folosirea releului ca element de prag prezinta un inconvenient: apar vibratii ale armaturii care scurteaza viata releului si a elementului de executie.

In modelel mai recente se foloseste ca element de prag un comparator integrat care indeplineste simultan functiile de amplificator si de element de comparatie; releul electromagnetic a fost pastrat pentru a se dispune de o amplificare de putere suficient de mare la iesire.

Functionarea regulatorului bipozitional poate fi explicate cu ajutorul schemei electrice din figura 2.12.

Fig. 2.12. Regulator bipozitional cu comparator integrat.

Daca tensiunea de referinta depaseste tensiunea de pe calea de reactie , si tensiunea de iesire a comparatorului ia valoarea logic "I" ; , tranzistorul T se deschide si prin el este alimentat releul care anclanseaza. Daca , e<0 si iesire comparatorului coresupunde valorii "0" logic ; tranzistorul T se blocheaza si releul este declansat.

Acest circuit, avand o amplificare foarte mare, nu permite obtinerea unor procese stabile si, in plus, nu are zona de histerezis. Pentru a se obtine o zona de histerezis, se aplica o reactie pozitiva comparatorului care capata proprietati de trigger Schmitt (fig. 2.13, a), caracteristica din figura 2.13, b, prezinta pragurile de basculare:

Fig. 2.1 Regulator bipozitional cu trigger Schmitt:

a - schema electrica; b - caracteristica de transfer

unde si sunt limitele superioara, respectiv inferioara ale semnalului de iesire al comparatorului.

Latimea zonei de histerezis este:

si se poate modifica prin alegerea rezistentelor , .

Fig. 2.14. Regulatorul bipozitional ELX-75.

In figura 2.14 este prezentata schema bloc a regulatorului ELX-75 apartinand sistemului unificat SEROM fabricat de Fabrica de Elemente pentru Automatizari FEA. Acest aparat se utilizeaza impreuna cu aparate inregistratoare sau indicatoare executate de acelasi fabricant care contin functia auxiliara (un potentiometru ce poate fi alimentat din exterior) sau cu elemente pentru fixarea marimii de referinta.

Sursa de curent continuu H51 (un stabilizator parametric cu doua etaje) alimenteaza potentiomatrul din inregistratorul sau indicatorul cu functia TS. Diferenta dintre tensiunea determinata de pozitia cursorului potentiometrului si tensiunea la bornele rezistentei R, determinata de curentul unificat provenit de la adaptor care strabate aceasta rezistenta reprezinta abaterea e.

In modelele mai vechi, A este un amplificator cu modulare - demodulare, iar in cele mai noi un amplificator operational. Tranzistorul T cuplat la iesirea amplificatorului comanda bobina releului . Puntile redresoare servesc la alimentarea stabilizatorului, amplificatorului si tranzistorului final.

Fig. 2.15. Folosirea regulatorului bipozitional pentru reglarea temperaturii unui cuptor electric:

a - schema electrica; b - variatia in timp a temperaturii cuptorului

Un caz tipic de utilizare a regulatorului bipozitional il reprezinta reglarea automata a temperaturii cuptoarelor electrice cu rezistenta (fig. 2.15, a). Elementul de executie este contactorul trifazic C, iar marimea de comanda este curentul I de alimentare a bobinei B a acestui contactor.

Cand diferenta dintre temperatura precrisa si temperatura cuptorului este pozitiva, contactul K comandat de regulator se inchide permitand alimentarea bobinei contactorului. Cand diferenta de temepratura mentionata devine negativa, contactul K se deschide, declansand contactorul variatia in timp a temperaturii cuptorului (fig. 2.15, b) are forma unor segmente de exponentiale crescatoare si descrescatoare. In intervale I contactorul este deschis iar in intervale II este inchis. Continuarea cresterii temperaturii dupa deschiderea contactorului (punctul A) si a scaderii ei dupa inchidere (punctul B) este un efect al inertiei termice.

Regulatoarele tripozitionale. Caracteristicile de transfer a acestora reprezentata in figura 8.2.16, a are trei zone corespunzand celor trei valori ale marimii de comanda. Pentru , marimea de comanda u este nula, pentru , marimea u are valoarea negativa - , iar pentru , u are valoarea pozitiva .

Fig. 2.16. Regulatorul tripozitional:

a - caracteristica de transfer; b - schema-bloc generala.

Regulatoarele tripozitionale se folosesc pentru actionarea elementelor de executie realizate cu motoare electrice ce se rotesc in ambele sensuri. Pentru , motorul nu se roteste; pentru ; motorul se roteste in sensul in care duce la scaderea abaterii pozitive; cand ; motorul se roteste invers, in sensul scaderii valorii absolute a abaterii negative.

Schema bloc a regulatoarelor tripozitionale (fig, 2.16, b) contine un element de comparatie, un amplificator (care este in mod obligatoriu diferential) si doua relee actionate in functie de semnul marimii de abatere e.

Fig. 2.17. Regulatorul tripozitional ELX-176:

a - schema bloc; b - caracteristica de transfer a regulatorului in conexiune tripozitionala.

Ca un exemplu ilustrativ poate fi mentionat regulatorul bipozitional - tripozitional ELX-176 din figura 2.17, a. Acest aparat este constituit din doua subunitati (regulatoare bipozitionale) identice constituite fiecare dintr-un element de comparatie, rezistentele respectiv , o sursa de tensiune continua H51 pentru generarea tensiunii de referinta, un amplificator de curent continuu, , tranzistorizat cu modulare-demodulare, urmat de un amplificator de putere AP si un releu.

Daca aparatul este destinat a lucra ca un ansamblu de doua regulatoare bipozitionale destinate reglarii a doua procese tehnologice diferite, fiecare unitate este independenta de cealalta.

In cazul unitatii superioare tensiunea de referinta este o fractiune a tensiunii continue aplicata de sursa H51 divizorului . Curentul unificat dat de adaptor (2-10 mA) trece prin rezistenta determinand caderea de tensiune (adica semnalul de reactie) la bornele ei. Diferenta tensiunilor, si , este aplicata amplificatorului si determina comanda releului.

Pentru a se obtine un regulator tripozitional, cele doua subunitati se interconecteaza conform liniei punctate din figura. Contactul releului semiunitatii superioare este inchis cand la intrarea amplificatorului se aplica un semnal negativ iar releul semiunitatii inferioare este inchis cand .

Semnalul unificat de curent continuu provenit de la adaptor parcurge rezistentele egale si si produce tensiunile de reactie . Acestea se compara cu tensiunile de referinta si abaterile fiind amplificate si comandand in final releele si .

Starile regulatorului tripozitional ELX-176

Functionarea regulatorului este prezentat sintetic in tabelul de mai sus in ipoteza ca . S-a considerat ca cele doua semiunitati nu prezinta histerezis. Pentru valori ale tensiunii de reactie mai mica decat este anclansat releul superior, pentru valori ale tensiunii de reactie curpinse intre cele doua tensiuni de referinta, ambele relee sunt declansate.

Daca se inseriaza contractele celor doua relee si se considera curentul prin ele ca marime de comanda u, se obtine o caracteristica de transfer tipica pentru un releu tripozitional. Daca se alege:

caracteristica de transfer devine simetrica (v. Fig. 2.17, b).

Un regulator tripozitional asemanator este prezentat in figura 2.18; el este realizat cu ajutorul a doua comparatoare integrate. Abaterea e este in prealabil amplificata si apoi valoarea rezultata este aplicata comparatoarelor si care comanda releele si prin intermediul unor tranzistoare de putere. Cand , da o tensiune de iesire "I" logic comandand releul . Cand ¸ da o tensiune de iesire "I" logic si este comandat releul .

Fig. 2.18. Regulator tripozitional cu comparatoare integrate.

1. Circuite de calcul pentru reglarea proceselor lente

In acest paragraf sunt trecute in revista cateva elemente analogice de calcul din sistemul SEROM. Ele servesc pentru realizarea unor operatii algebrice elemntare (adunarea, scaderea, inmultirea unor semnale).

Oricare element din cele expuse in continuare are trei etaje:

- etajul de intrare, cu impedanta de intrare mare, destinat depolarizarii semnalelor de intrare;

- etajul de calcul, realizat cu amplficatoare operationale integrate, destinat efectuarii operatiei de calcul;

- etajul de iesire, cu impedanta de iesire mica, destinat conversiei semnalului intern intr-un semnal unificat.

Elementul de adunare-scadere ELX-212 este realizat cu ajutorul unui amplificator operational in montaj de sumator cu patru intrari. Semnalele de intrare si cel de iesire variaza in gama 4-20 mA. Relatia de calcul realizata este:

±±±±

unde semnalele sunt semnale analogice de intrare, iar Y este semnalul de iesire (aceste semnale sunt exprimate in miliamperi). Coeficientii sunt reglabili manual, iar semnul fiecarui semnal de intrare este stabilit prin conectarea lui la borna inversoare sau cea neinversoare a amplificatorului operational.

Elementele analogice de inmultire-impartire ELX-232 folosesc, pe langa un amplificator operational, unul sau mai multe multiplicatoare cu transconductanta. Principiul de functionare al acestui multiplicator este ilustrat cu ajutorul figurii 1.

Fig. 1. Schema de principiu a multiplicatorului cu transconductanta.

In analiza functionarii acestei scheme trebuie sa se tina seama de doua particularitati:

- tensiunea indeplineste conditia , necesara pentru a mentine liniaritatea intrarii;

- suma curentilor de emitor ai celor doua tranzisoarte este constanta, fiind impusa de un generator de curent constant conectat intre emitorul comun si masa: .

Curentul de emitor al unui tranzistor in conexiunea EC are expresia:

,

unde s-a notat:

este curentul de emitor;

- curentul de emitor de saturatie in conductie inversa

- tensiunea baza-emitor;

- sarcina electronului;

- constanta lui Boltzmann;

- temperatura absoluta a jonctiunii.

Se deriveaza aceasta expresie:

si se trece la cresteri finite - :

.

Se aplica aceasta relatie ambelor tranzistoare:

Datorita simetriei schemei, se poate considera:

Facand diferenta dintre cele doua variatii ale curentilor de emitor, se obtine:

si, intrucat rezulta:

Pe de alta parte,

Marimea se numeste transconductanta; valoarea ei poate fi modificata prin variatia curentului . Daca generatorul de curent dintre emitorul comun si masa este astfel realizat incat curentul generat sa fie proportional cu o tensiune de comanda , , tensiunea de iesire a circuitului devine:

unde este coeficientul de transfer al multiplicatorului.

Este, asadar, evidenta capacitatea circuitului de a efectua produsul a doua tensiuni.

In continuare sunt prezentate cele trei variante ale circuitului ELX-232.

Fig. 2. Elementul de impartire ELX 232-2.

. Elementul de inmultire ELX-232-1 utilizeaza un singur multiplicator analogic pe principiul transconductantei, realizand relatia de calcul unde si sunt semnalele de intrare, Y semnalul de iesire, iar sunt valorile minime (corespunzatoare nivelului de zero) ale celor trei semnale.

. Elementul de impartire ELX-232-2 foloseste un multiplicator analogic pe calea de reactie a unui amplificator operational (fig. 2.).

Relatia de calcul se obtine scriind egalitatea curentilor din rezistentele si pe baza primei legi a lui Kirchhoff aplicata pe borna inversoare a amplificatorului operational:

unde marimile sunt tensiunile corespunzatoare semnalelor de intrare si semnalului de iesire iar sunt tensiunile corespunzatoare nivelului de zero.

. Elementul de inmultire-impartire ELX-232-3 utilizeaza doua multiplicatoare analogice intr-un sumator realizat cu un amplificator operational (fig. 3). Relatia de calcul realizata de acest element este:

unde s-au folosit acelasi notatii si acelasi metode de deducere ca si in cazurile precedente.

Fig. Elementul de inmultire-impartire ELX 232-

. Elementul pentru extragerea radacinii patrate ELX-222 foloseste un singur multiplicator conectat pe circuitul de reactie negativa a sumatorului (fig. 4). Relatia de calcul realizata de acest circuit se deduce la fel ca in cazurile precedente:

iar notatiile folosite sunt acelasi.

Fig. 4. Elementul pentru extragerea radacinii patrate 222-