Преобразование представления величины

Преобразова'ние представле'ния величины'в вычислительной технике, процесс перевода машинных переменные величин из аналоговой формы в цифровую (аналого-цифровое преобразование) или наоборот (цифро-аналоговое преобразование). П. п. в. связано, например, с необходимостью в процессе вычислений на ЦВМ вводить и выводить данные в аналоговой форме - при работе ЦВМ в системе автоматического регулирования технологическими процессами, при построении гибридных вычислительных систем и т.п. См. также .

Преобразователь функциональный

Преобразова'тель функциона'льный, устройство, выходной сигнал которого усвязан с одним либо несколько входными сигналами x _i (где i=  1, 2,...) заданным алгоритмом функционирования. В зависимости от числа входных величин различают П. ф. одной, двух и более переменных. Функциональная зависимость выходных сигналов П. ф. от входных (единственного выходного при одном входном или каждого выходного при наличии нескольких входных сигналов) может быть задана в виде таблиц, графиков, аналитических выражений. Динамическая характеристика П. ф. y( x ₁, x ₂,..., x _n, t) описывается дифференциальным уравнением, в правой части которого участвуют входной сигнал и его производные по времени (в общем случае), а в левой части - выходной сигнал и его производные по времени (в общем случае). Для инженерных расчётов динамическую характеристику П. ф. обычно удобнее всего характеризовать передаточными функциями по соответствующим каналам (входным сигналам).

  По виду алгоритма функционирования в пределах предполагаемой рабочей области применения П. ф. делятся на линейные (в которых функциональная зависимость описывается с достаточным приближением прямой) и нелинейные (у которых функциональная зависимость криволинейная), в том числе кусочно-линейные. В зависимости от физической природы входных и выходных сигналов различают механические, электрические, пневматические, гидравлические и смешанные, в том числе электромеханические, электрогидравлические, пневмоэлектрические П. ф. По характеру представления исходных величин различают аналоговые, цифровые и гибридные П. ф. В гибридных П. ф. одновременно используется цифровое и аналоговое представление величин. При этом обычно входной сигнал делят на две части: одна представляется в аналоговой форме, а другая - в цифровой. Поэтому в состав таких П. ф. вводят цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи.

  Самыми распространёнными и важными являются П. ф. одной входной величины, которые подразделяются в зависимости от алгоритма функционирования на динамические и формирующие. В динамических П. ф. осуществляется изменение входного сигнала во времени, например интегрирование, дифференцирование, временная задержка и т.п. В формирующем П. ф. входной сигнал изменяется по масштабу (например, в пропорциональных П. ф.) или форме воздействия, например при преобразовании непрерывного сигнала в дискретный (в импульсных, модуляционных, кодирующих П. ф.) либо наоборот - дискретного сигнала в непрерывный (в дискретно-аналоговых П. ф.).

  В П. ф. осуществляются как простые, так и сложные преобразования. При простых преобразованиях выходная величина физически неотделима от входной, как, например, при преобразовании температуры в термоэдс или температуры в активное сопротивление. В сложных преобразованиях имеется не менее двух простых. Например, при преобразовании активного сопротивления в силу притяжения электромагнита имеется два простых преобразования: «активное сопротивление - магнитный поток» и «магнитный поток - сила притяжения сердечника».

  Важнейшая характеристика П. ф. - погрешности при преобразовании, которые могут быть случайными и систематическими. Случайные погрешности обычно имеют нормальный закон распределения, и при нескольких последовательных преобразованиях общая погрешность равна D _общ , где D _i- погрешности отдельных преобразований. Систематические погрешности преобразований складываются алгебраически (с учётом знаков). Не менее важная характеристика - чувствительность П. ф., т. е. отношение весьма малого изменения выходного сигнала к вызвавшему его также малому изменению входного сигнала. Для изменения чувствительности П. ф. вводится (соответственно этому различают П. ф. с разомкнутой и замкнутой цепью воздействия).

  П. ф. применяются в системах автоматического управления и регулирования, в аналоговых и гибридных вычислительных машинах, в устройствах кодирования (декодирования), в телемеханических системах, измерительных устройствах и т.п.

  Лит.:Основы автоматического управления, 3 изд., М., 1974.

  М. М. Майзель.

  П. ф. в аналоговой вычислительной технике, блок нелинейной функции, устройство (узел АВМ), на выходе которого образуется величина, связанная с входным сигналом заданной нелинейной зависимостью. По виду этой зависимости различают П. ф. для воспроизведения разрывных функций, разрывных неоднозначных функций, непрерывных функций одного или нескольких аргументов. По возможности перестройки с одной нелинейной зависимости на другую П. ф. подразделяют на универсальные и специализированные. (Устройства с линейной функциональной зависимостью составляют отдельный класс линейных решающих элементов, см. .)

 В П. ф. одной переменной заданная нелинейная зависимость воспроизводится, как правило, путём аппроксимации её на отдельных участках изменения входного сигнала некоторыми полиномами одной и той же степени (полиномом Ньютона или полиномом Лагранжа). В зависимости от степени интерполирующего полинома различают кусочно-постоянную, кусочно-линейную, кусочно-квадратичную аппроксимацию.

  При построении П. ф. многих переменных используются три метода: создание физической модели двухмерной поверхности (коноиды); замена сложной многомерной поверхности некоторым числом элементарных поверхностей той же размерности; точное или приближённое представление заданных для воспроизведения функций многих переменных с помощью функций одной переменной и арифметических операций (суммирования, умножения). Первые два метода требуют построения специализированных устройств, третий - предусматривает синтез из типовых (для аналоговых вычислительных машин) линейных и нелинейных решающих элементов. П. ф. двух переменных, воспроизводящие операции умножения и деления, выделяют в отдельный класс устройств (см. ) .

 Погрешности большинства П. ф. лежат в пределах от сотых долей до единиц процентов.

  Лит.:Коган Б. Я., Электронные моделирующие устройства, М., 1963; Корн Г., Корн Т., Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины, пер. с англ., ч, 1, М., 1967; Гинзбург С. А., Любарский Ю. Я., Функциональные преобразователи с аналого-цифровым представлением информации, М., 1973.

  Б. Я. Коган.

Преобразователь частоты

Преобразова'тель частоты', 1) в электротехнике - устройство для изменения частоты электрического напряжения (тока). Применяется в системах питания регулируемого электропривода и магнитных усилителей, для согласования двух или более систем переменного тока с различной частотой и т.д. Различают П. ч. статические (ПС), электромашинные (ПЧМ) и комбинированные. ПС разделяют в свою очередь на электромагнитные (ПЧЭ) и вентильные (ПЧВ).

  Действие ПЧЭ основано на изменении формы переменного синусоидального напряжения при помощи магнитных нелинейных элементов, например дросселей и трансформаторов с насыщающимися сердечниками, с последующим выделением составляющей напряжения требуемой частоты. ПЧЭ служат делителями и умножителями частоты; кпд ПЧЭ 70-80%. В ПЧВ в качестве вентилей обычно применяют транзисторы и тиристоры, сменившие тиратроны и ртутные вентили. Транзисторные ПС используют в основном в радиотехнических устройствах, их мощность до 2-3 ква.Тиристорные ПС бывают трёх типов: с непосредственной связью, с промежуточным звеном постоянного тока и с промежуточным звеном переменного тока повышенной частоты. ПС с непосредственной связью (к числу которых можно отнести и ) применяют в мощных промышленных электроприводах переменного тока, электроприводах переменного тока автономных энергосистем с генераторами повышенной частоты, в устройствах централизованного электроснабжения пассажирских поездов. Кпд таких ПС достигает 95-98%. ПС с промежуточным звеном постоянного тока представляет собой двухзвенный П. ч., во входном звене которого установлен выпрямитель, а в выходном - автономный .Такие ПС применяют в промышленных и тяговых электроприводах переменного тока мощностью до 3-5 Мва,когда требуется плавное регулирование частоты и напряжения. Их кпд несколько ниже, чем у предыдущих. Менее распространены ПС с промежуточным звеном с повышенной по сравнению с питающей частотой. В таких ПС во входном звене установлен автономный инвертор, а в выходном - ПС с непосредственной связью. К промежуточным шинам переменного тока могут подключаться потребители электроэнергии, работающие на повышенной частоте. Кпд ПС этого типа ниже, чем кпд ПС с промежуточным звеном постоянного тока.

  ПЧМ конструктивно могут выполняться в двух вариантах: двухмашинном и одномашинном. В двухмашинном ПЧМ обычно применяют сочетание приводного электродвигателя и генератора переменного или постоянного тока (см. ) .Двухмашинные ПЧМ с синхронным генератором тока с частотой от 50 до 400 гцприменяют в автономных энергосистемах; их кпд достигает 85%, мощность от 30 до 800 ква.ПЧМ могут также выполняться в виде одной электрической машины с общим якорем (см. ) .

  Лит.:Бамдас А. М., Кулинич В, А., Шапиро С. В., Статические электромагнитные преобразователи частоты и числа фаз, М. - Л., 1961; Каганов И. Л., Промышленная электроника, М., 1968; Костенко М. П., Пиотровский Л. М., Электрические машины, 3 изд., ч. 2, Л., 1973.

  Ю. М. Иньков.

 2) В радиотехнике - каскад ,изменяющий (преобразующий) частоту принимаемых колебаний в т. н. промежуточную частоту, обычно меньшую принимаемой. П. ч. состоит из смесителя частоты и на транзисторах или на одной .Под П. ч. в широком смысле часто понимают и др. радиотехнические устройства, связанные с преобразованием частоты, например частот, , .

Преобразовательная подстанция

Преобразова'тельная подста'нция, для преобразования электрического тока, преимущественно по частоте и числу фаз. Трёхфазный ток промышленной частоты, вырабатываемый ,на П. п. преобразуется в постоянный ток - например для питания мощных электролизных установок, регулируемых электроприводов станков и прокатных станов, гальванических ванн, контактных сетей электрифицированного транспорта и т.п., в переменный ток пониженной или повышенной частоты (по отношению к промышленной) - для питания регулируемых электроприводов переменного тока, установок индукционного нагрева, индукционных печей и т.д., либо в однофазный переменный ток - для питания мощных дуговых электрических печей, контактных сетей однофазного тока и др. На линиях электропередачи постоянного тока П. п. служат для преобразования трёхфазного тока в постоянный в начале линии (выпрямление) и обратного преобразования в конце линии (инвертирование). Кроме того, инвертирование применяется в тех случаях, когда источник энергии, генерирующий постоянный ток (например, МГД-генератор или аккумуляторная батарея), включается в сеть переменного тока.

  На П. п. применяют электромашинные и статические преобразователи, причём электромашинные установки ( , ) повсеместно вытесняются более экономичными и надёжными статическими вентильными преобразователями (см. , ) .В состав мощной П. п. входят распределительное устройство переменного тока, машинный зал с преобразовательными устройствами, распределительное устройство выпрямленного (преобразованного) тока, системы охлаждения и вентиляции, а также вспомогательное оборудование.

  Лит.:Каганов И. Л., Промышленная электроника, М., 1968; Семчинов А. М., Ртутно-преобразовательные и полупроводниковые подстанции, Л., 1968; Ривкин Г. А., Преобразовательные устройства, М., 1970.

  Б. А. Князевский.

Преобразовательная техника

Преобразова'тельная те'хника, раздел ,предметом которого является разработка способов и средств преобразования электрической энергии; совокупность соответствующих преобразовательных устройств. Устройства П. т. изменяют величины переменных напряжения и тока ( ) ,преобразуют переменный ток в постоянный или пульсирующий однонаправленный ( ) ,постоянный или пульсирующий однонаправленный ток в переменный ( ) ,переменный ток одной частоты в переменный ток другой частоты ( ) ,изменяют число фаз переменного тока ( ) ,изменяют величину постоянного напряжения (регуляторы и преобразователи постоянного напряжения). К устройствам П. т. относят также бесконтактные коммутационные аппараты (см. ) .

 В зависимости от вида основных элементов силовых цепей преобразовательных устройств последние подразделяют на электромашинные и статические (электромагнитные и вентильные). К электромашинным преобразовательным устройствам относят трансформаторы и электромашинные преобразователи частоты. Трансформаторы применяют в цепях переменного тока везде, где необходимо повысить или понизить напряжение, согласовать выход одной системы со входом другой, ввести гальваническую развязку электрических цепей и т.д. Электромашинные преобразователи (главным образом ) применяют преимущественно в автономных системах электроснабжения и в некоторых промышленных .Электромагнитные преобразователи применяются редко, преимущественно в качестве делителей и умножителей частоты. Вентильные преобразовательные устройства (ВПУ), основной элемент которых - ,имеют малую инерционность, высокий кпд, хорошие эксплуатационные характеристики, малые массу и габариты, что и обусловило их широкое применение. В высоковольтных ВПУ малой и средней мощности применяют электронные (электровакуумные) вентили. Ионные вентили (газоразрядные и ртутные) устанавливают в ВПУ с резко переменной нагрузкой, в импульсных и специальных ВПУ. Полупроводниковые (ПП) вентили ( , и ) благодаря компактности, мгновенной готовности к работе, высокому кпд, простоте управления и большому сроку службы к середине 70-х гг. 20 в. практически полностью вытеснили др. вентили в ВПУ массового применения. В низковольтных ВПУ малой и средней мощности (~ 10 ²-10 ³ вт) используют транзисторы, работающие в ключевом режиме; в ВПУ большой мощности (~ 10 ⁵-10 ⁸ вт) применяют силовые ПП диоды и тиристоры. В состав ВПУ, кроме вентилей с охладителями, входят трансформаторы, система управления вентилями, устройства защиты от сверхтоков и перенапряжений, ограничители скорости нарастания напряжения и тока в силовых цепях, коммутирующие устройства, сглаживающие фильтры.

  По режиму рабочего процесса различают ВПУ с естественной и искусственной (принудительной) .Естественная коммутация может быть реализована в ВПУ как с управляемыми, так и с неуправляемыми вентилями. Искусственная коммутация осуществляется, как правило, в ВПУ с управляемыми вентилями. В ВПУ обоих видов вентиль переводится в состояние высокой проводимости (отпирается) управляющим сигналом при наличии соответствующих потенциалов на его силовых электродах. В состояние низкой проводимости вентиль переводится (запирается) либо в результате снижения напряжения источника питания (в ВПУ с естественной коммутацией), либо дополнительным воздействием коммутирующего устройства (в ВПУ с искусственной коммутацией).

  Схема простейшего ВПУ - выпрямителя- показана на рис. 1, а.Изменяя момент отпирания управляемого вентиля, соединённого последовательно с нагрузкой, можно менять среднее значение приложенного к нагрузке выпрямленного напряжения (фазовое регулирование, рис. 1, б ). Изменяя частоту подачи управляющих импульсов, также можно менять среднее значение выпрямленного напряжения (импульсное регулирование, рис. 1, б ). В ВПУ с естественной коммутацией вентиль запирается тогда, когда протекающий через него ток уменьшается до нуля. В ВПУ с искусственной коммутацией вентиль может быть заперт коммутирующим устройством в любой момент времени (кривая изменения напряжения на нагрузке изображена на рис. 1, г ). В выпрямителях такой способ управления режимом работы вентиля по сравнению с фазовым регулированием позволяет повысить коэффициент мощности на входе ВПУ. Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения обычно используют сглаживающие фильтры на выходе ВПУ. С этой же целью применяют несколько включенных параллельно ВПУ, питаемых переменными напряжениями, сдвинутыми друг относительно друга по фазе.

  В ВПУ - преобразователе частоты ( рис. 2, а ) ,подавая управляющие импульсы попеременно на вентили B ₁и B ₂(для положительной полуволны тока нагрузки) и B ₃, B ₄(для отрицательной полуволны тока нагрузки) с частотой, более низкой, чем частота питающей сети, можно получить (при естественной коммутации) напряжение, идеализированная форма которого показана на рис. 2, б.В ВПУ с искусственной коммутацией можно получить переменное напряжение, частота которого может быть выше частоты питающей сети ( рис. 2, в ) и ограничивается лишь динамическими свойствами вентилей. Для изменения среднего значения выходного напряжения и в этом случае применяется фазовое или импульсное регулирование.

  Включая ВПУ в цепь постоянного тока и изменяя с помощью искусственной коммутации продолжительность отпертого и запертого состояний силового вентиля ( рис. 3, а ), можно менять среднее напряжение на нагрузке методом широтно-импульсного ( рис. 3, б ) или частотно-импульсного ( рис. 3, в ) регулирования. Посредством соединения двух ВПУ можно осуществлять преобразование постоянного тока в переменный (инвертирование).

  В СССР и за рубежом ВПУ применяют практически во всех областях электроэнергетики. В электропередачах постоянного тока с напряжением 500 кви более используют выпрямители и инверторы на ртутных и ПП вентилях мощностью по 100 Мваи выше. Мощность ПП выпрямителей для питания электролизных ванн достигает 100 Мва.В электроприводах прокатных станов и блюмингов ещё встречаются ртутные выпрямители мощностью до 30 Мва,но с начала 70-х гг. их всё чаще заменяют ПП выпрямителями. На электрифицированном ж.-д. транспорте применяют выпрямительные и выпрямительно-инверторные установки мощностью до 10 Мвана подвижном составе и до 15 Мвана .В электроприводах металлорежущих станков и текстильных машин используют ПП выпрямители и преобразователи частоты мощностью от 10 квадо 10 Мва.Для питания индукционных электрических печей применяют ПП преобразователи частоты мощностью до 1 Мва.В тихоходных электроприводах шахтных мельниц используют ртутные и ПП преобразователи частоты мощностью 10-15 Мвапричём ртутные также постепенно вытесняются ПП.

  Лит.:Ривкин Г. А., Преобразовательные устройства, М., 1970; Чиженко И. М., Руденко В. С., Сенько В. И., Основы преобразовательной техники, М., 1974.

  Ю. М. Иньков, А. А. Сакович.

Рис. 1. Схема полупроводникового вентильного выпрямителя (а) и диаграммы его напряжений (б, в, г): U _c- напряжение сети; U _н- напряжение на нагрузке; U _cp- среднее значение выпрямленного напряжения; ВПУ - вентильное преобразовательное устройство; В - управляемый вентиль; УИК - устройство искусственной коммутации; R _н- нагрузка.

Рис. 3. Схема полупроводникового вентильного регулятора постоянного тока (а) и диаграммы его напряжений (б, в): Т - интервалы следования управляющих импульсов (на отпирание вентиля); t - продолжительность открытого состояния вентиля; остальные обозначения те же, что и на рис. 1.

Рис. 2. Схема полупроводникового вентильного преобразователя частоты (а) и диаграммы его напряжений (б, в): T ₁- период напряжения сети; Т ₂, Т - период напряжения на нагрузке; остальные обозначения те же, что и на рис. 1.

Преобразовательное скрещивание

Преобразова'тельное скре'щивание,то же, что .

Препаровка

Препаро'вка,препарирование (от лат. praeparo - приготовляю), обработка животных и растений, в том числе ископаемых, с целью изготовления препаратов для изучения этих организмов.