Автоматизация. Начало. Что и почему

Исполнительные устройства. Управление исполнительными устройствами
По большей части, систему управления не интересуют сами исполнительные устройства, интересно лишь управление ими и их характеристики. Эта часть статьи будет значительно короче части про датчики, так способов управления исполнительными устройствами не так много.
Обычно, управление исполнительными устройствами заключается в подаче на них питания с , возможно, управляемым напряжением или током. Однако, не всегда все так просто. Иногда требуется использование ШИМ (широтно-импульсной модуляции) или управления частотой. Кроме того, исполнительные устройства могут обладать значительными индуктивностью или емкостью, что необходимо учитывать. Давайте разбираться по порядку. Сразу отмечу, что я не буду уделять внимание цепям демпфирования (снабберам), за исключением короткого их упоминания.
Управление нагрузкой постоянного тока
Если не требуется регулировать напряжение, то все сводится к обычному выключателю в качестве которого можно использовать транзисторы или реле. И управление будет логическим - включено или выключено, 0 или 1. В качестве электронных ключей можно применять и биполярные, и полевые (MOSFET) транзисторы соответствующей мощности, которые непосредственно коммутируют нагрузку или управляют реле, которые уже коммутируют нагрузку.

Управление исполнительным устройством постоянного тока с помощью транзисторов и реле. Иллюстрация моя
В этом разделе часть иллюстраций будет в виде сильно упрощенных принципиальных схем. На схеме выше я показал оба ранее упомянутых электронных ключа и оба варианта управления. Причем, на рисунке слева, нагрузка чисто активная, например, нагревательный элемент или лампочка. На рисунке справа можно увидеть дополнительный элемент - диод. Дело в том, что обмотка реле это индуктивная нагрузка. А в индуктивности, при ее отключении, ток не может прекратиться мгновенно. В полном соответствии с законами физики. В результате на обмотке образуется выброс напряжения довольно высокой амплитуды который создает помехи и может повредить транзистор. Этот импульс и гасится диодом. Это один из вариантов гашения импульса при отключении индуктивной нагрузки.
Нагрузка может быть не только индуктивной, но и емкостной. Это вызывает бросок тока при включении, который так же создает помехи и может повредить транзистор. В этом случае можно использовать NTC термисторы, про которые я говорил здесь.
Если требуется регулировка напряжения на нагрузке, то обычно используется ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь), возможно, самый простой, или коммутация источников опорного напряжения. То есть, формируется необходимое напряжение, которое используется в качестве опорного в схеме регулирования напряжения. Я не буду приводить схему этого варианта, что бы не перегружать статью.
Стоит заметить, что коммутация мощных нагрузок постоянного тока не так проста, как может показаться. Многие реле существенно ограничивают допустимую нагрузку на контакты для постоянного тока. Дело в том, что при отключении нагрузок с индуктивной составляющей между контактами может возникнуть дуга, которую не удастся быстро погасить, так как, в отличии от переменного напряжения, постоянное не будет ни снижаться до нуля, ни менять знак. Кроме того, при использовании реле нужно использовать цепи гашения выбросов и для контактов реле, которые нагрузку коммутируют. Так как ток постоянный, то для этой цели можно использовать быстродействующий диод, с соответствующим допустимым током.