Методичка по промышленной электронике. Методические указания и задания для выполнения контрольной работы по дисциплине Основы промышленной электроники
 Скачать 417.73 Kb.
|
|
Тип генератора t имп , В t паузы , В f, кГц 1 RC-генератор - - 1 2 симметричный мультивибратор - - 10 3 несимметричный мультивибратор 2 4 - 4 RC-генератор - - 2 5 симметричный мультивибратор - - 15 6 несимметричный мультивибратор 1 5 - 7 RC-генератор - - 1.5 8 симметричный мультивибратор - - 7 9 несимметричный мультивибратор 3 6 - 10 RC-генератор - - 0.1 11 симметричный мультивибратор - - 20 12 несимметричный мультивибратор 4 8 - 13 RC-генератор - - 2.5 14 симметричный мультивибратор - - 12 15 несимметричный мультивибратор 4 3 - 16 RC-генератор - - 0.5 17 симметричный мультивибратор - - 30 18 несимметричный мультивибратор 3 9 - 19 RC-генератор - - 3 20 симметричный мультивибратор - - 25 21 несимметричный мультивибратор 2 5 - 22 RC-генератор - - 2.7 23 симметричный мультивибратор - - 18 24 несимметричный мультивибратор 2 6 - 25 RC-генератор - - 1.2 26 симметричный мультивибратор - - 8 27 несимметричный мультивибратор 1 7 - 28 RC-генератор - - 5 29 симметричный мультивибратор - - 23 30 несимметричный мультивибратор 5 2 - ЗАДАНИЕ 4 – Цифровые и логические устройства Общая характеристика импульсных устройств При использовании в качестве носителя информации электрических сигналов (напряжений и токов) возможны две формы представления чис- ленного значения какой-либо переменной, например, X: 1) в виде одного сигнала – напряжение (ток), которое сравнимо с вели- чиной X (аналогично ей) - например, при Х = 1845 единиц на вход элек- тронного устройства можно подать напряжение 1,845 В; 2) в виде нескольких сигналов - нескольких напряжений постоянного то- ка, которые, например, сравнимы с числом единиц в X, числом десятков в X, числом сотен в X и т. д. Первая форма представления информации называется аналоговой или непрерывной (с помощью сходной величины - аналога). Величины, пред- ставленные в такой форме, могут принимать принципиально любые значе- ния в каком-то диапазоне. Количество значений, которые может принимать такая величина, бесконечно велико. Отсюда названия - непрерывная ве- личина, аналоговая информация, аналоговые устройства. Вторая форма представления информации называется цифровой или дискретной (с помощью набора напряжений, каждое из которых соответ- ствует одной из цифр представляемой величины). Такие величины, прини- мающие не все возможные, а лишь вполне определенные значения, называются дискретными (прерывистыми). В отличие от непрерывной ве- личины количество значений дискретной величины всегда будет конечным. Импульсный режим работы Соответственно, наряду с непрерывным режимом работы электронных устройств используется импульсный (дискретный) режим, при котором кратковременное воздействие сигнала чередуется с паузой. Современная электроника характеризуется широким применением им- пульсных устройств. Многие производственные процессы имеют импульс- ный характер: пуск и остановка, изменение скорости и торможение, срабатывание защиты и т. д. Большинство технологических процессов раз- бивается на ряд операций - «тактов», и их чередование также обуславли- вает импульсный характер работы устройств. Для управления работой таких агрегатов требуется создание импульсных электронных узлов. По сравнению с аналоговым импульсный режим работы имеет ряд значительных преимуществ: - значительная выходная мощность при малом значении средней мощности из-за отсутствия постоянной составляющей тока, что позволяет уменьшить массу и габариты аппаратуры; - повышение пропускной способности – возможность одновременной пере- дачи нескольких потоков информации; - повышение помехоустойчивости, точности и надежности электронных уст- ройств; - уменьшение влияния температур и разброса параметров полупроводнико- вых приборов на работу устройств, так как работа осуществляется в двух ре- жимах: “включено” - ”выключено”; - реализация импульсных устройств на однотипных элементах, легко вы- полняемых методом интегральной технологии. Цифровой режим работы Наибольшую точность и помехоустойчивость обеспечивают число - им- пульсные (цифровые) методы: информация передается в виде числа, ко- торому соответствует определенный набор импульсов (код. Цифровые устройства чаще всего работают только с двумя значениями сигналов – нулём «0» (обычно низкий уровень напряжения или отсутствие импульса) и «1» (обычно высокий уровень напряжения или наличие прямо- угольного импульса), т.е. информация представляется в двоичной систе- ме счисления. Это обусловлено удобством создания, обработки, хранения и передачи сигналов, представленных в двоичной системе: ключ замкнут – разомкнут, транзистор открыт – закрыт, конденсатор заряжен – разряжен, магнитный материал намагничен – размагничен и т.д. Наименьшая единица информации, которая выражает логическое зна- чение да или нет и обозначающаяся двоичным числом 0 или 1 называется битом. Группа из восьми битов называется байтом (256 значений). Совокупность приёмов и правил обозначения чисел цифровыми знака- ми называется системой счисления. Количество знаков, используемых для изображения числа, называется основанием системы счисления. В десятичной системе счисления основанием является 10, и для записи чисел используют символы 0...9. Системы счисления, применяемые в цифровых устройствах, ориентиро- ваны на двоичную систему, т.к. основой цифровых устройствах является элемент, имеющий два устойчивых состояния. В двоичной системе основа- нием является. 2. Для записи чисел используются символы 0 и 1. Для пере- вода числа из десятичной системы в двоичную надо последовательно делить на два и результат записывать справа налево, начиная с последнего частного, включая остатки от деления. 1) Для перевода целого числа из де- сятичной системы в любую другую необхо- димо последовательно делить на основание системы, в которую производится перевод: для двоичной - на 2, для шестнадцатеричной – на 16 и т.д., до тех пор, пока частное от де- ления не станет меньше делителя. При этом частное от деления должно остаться целым числом. Тогда искомое число в иной системе счисления формируется начиная с последнего частного, включая остатки от деления, начи- ная с последнего (справа налево). Пример 1 - Перевод числа 26 из десятичной системы счисления в двоичную. 2) Для перевода целого числа из любой системы в десятичную Десятичное число можно представить в виде суммы единиц, десятков, сотен и т.д. (т.е. степеней 10), умноженных на соответствующие коэффи- циенты 456 10 = 4·10 2 + 5·10 1 + 6·10 0 = 400 + 50 + 6 = 456 По аналоги разлаживается числа других систем счисления. Таблица 4.2 – Запись чисел в различ- ных системах счисления Правила двоичной арифметики 0+0=0 0+1=1 1+1=10 10+1=11 Расчёт электронного реле времени Рисунок 4.1 – Схема электронного реле времени Схема электронного реле времени состоит из RS-триггера DD1, состоя- ние которого изменяется внешним импульсом (например при срабатывании путевого выключателя S1), элемента «И» на ИМС DD2, запрещающего или разрешающего прохождение импульсов от мультивибратора, двоичного счётчика DD3 и DD4, дешифратора DD5 (элемент И-НЕ) и мультивибратора на ОУ DA. 10 2 16 0 0 0 1 1 1 2 10 2 3 11 3 4 100 4 5 101 5 6 110 6 7 111 7 8 1000 8 9 1001 9 10 1010 A 11 1011 B 12 1100 C 13 1101 D 14 1110 E 15 1111 F 16 10000 10 S1 вход S вход R DD1 DD2 DD3 DD4 DD5 DA R C R2 R1 +5В RS-триггер Элемент"И" Двоичный счётчик Дешифратор Мультивибратор Q Q Uвых DD1 - К155ЛА3 DD2 - К155ЛИ3 DD3, DD4 - К155ИЕ2 DD5 - К155ЛА3 К155ЛА4 -3 входа К155ЛА6 -4 входа К155ЛА2 -8 входов S2 & & & & CT2 Q 0 C 1 2 R 3 CT2 Q 0 C 1 2 R 3 & Работа схемы В исходном состоянии RS-триггер сброшен в «0» (Q=0, Q=1), счётчик обнулён и на выходе дешифратора уровень «1». При срабатывании путевого выключателя S1 на вход установки «S» триггера DD1 подаётся импульс и триггер устанавливается в единичное со- стояние (Q=1, Q=0). Это обеспечивает наличие на 1-м входе ИМС DD2 уро- вень «1», на 2-й вход также поступает «1» с выхода, что позволяет проходить прямоугольным импульсам с мультивибратора на вход «С» счёт- чика DD3. По приходу определённого числа импульсов на выходах счётчика уста- новится цифровой код, при котором на выходе дешифратора появится уро- вень «0». При этом дальнейший подсчёт импульсов прекратится, т. к. на 2- й вход элемента «И» поступит уровень «0». Для возврата схемы в исходное состояние служит выключатель S2, при замыкании которого на вход сброса «R» триггера подаётся уровень «1» и счётчики обнуляются. Время срабатывания реле (реле с выдержкой на размыкание) опреде- ляется необходимым количеством импульсов для задания требуемого циф- рового кода на входах дешифратора и частотой следования импульсов, т.е. частотой мультивибратора. В соответствии с вариантом (таблица 4.1) выполните следующие задания: 1) Изучите схемное построение и работу электронного реле времени; 2) Рассчитайте основные параметры реле; 3) Постройте схему электронного реле времени. Таблица 4.1 – Варианты заданий (значения t уст и f 0 ) № Время установки t уст , с. Частота мультивибра- тора f 0 , кГц № Время установки t уст , с. Частота мультивибра- тора f 0 , кГц 1 10 2,5 16 2 14 2 5,8 5 17 2,4 30 3 3 10 18 3,5 19 4 30 5 19 6 10 5 19 4,5 20 27 2,9 6 40 1 21 8 7,5 7 25 4 22 4 18 8 5 12 23 4 12 9 45 1,5 24 12 6 10 6 3 25 15 5,5 11 5 9 26 11 6,5 12 17 3,5 27 7 8 13 1 33 28 4,8 9 14 4,6 8 29 22 3 15 5,4 4 30 9 7 Алгоритм и пример расчёта Исходные данные: t уст = 0,019 с f 0 = 1 кГц 1) Рассчитываем требуемое число импульсов n n = f 0 · t уст n = 0,019 · 1000 = 19 2) Переводим полученное число импульсов в двоичную систему счисле- ния 19/2 18 9/2 1 8 4/2 19 10 = 1 4 0 3 0 2 1 1 1 0 1 4 2/2 0 2 1 0 Количество разрядов двоичного числа определяет необходимую разряд- ность счётчика. Т.к. числю разрядов 5, а используемые в схеме ИМС счёт- чиков четырёхразрядные, необходимо два счётчика, соединённых последовательно. 3) Определяем количество единичных разрядов в двоичном числе. Коли- чество разрядов соответствует количеству входов дешифратора. В числе 10011 три единичных разряда. Те выходы счётчика, на которых при подсчёте 19-го импульса устанавливается уровень «1», соединяются со входами дешифратора. При этом по приходу 19-го импульса на выходе де- шифратора установится уровень «0» - рисунок 4.1. В случае превышения числа единичных разрядов свыше 8, устанавлива- ется две микросхемы дешифратора. 4) В соответствии с расчётом строим схему электронного реле (рис 4.1). ЗАДАНИЕ 5 – Выпрямительные устройства Общие сведения Выпрямителем называется статическое устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии переменного тока в постоян- ный. Необходимость в таком преобразовании возникает, когда питание по- требителя осуществляется постоянным током, а источником электрической энергии является источник переменного тока, например промышленная сеть частотой 50 Гц. Выпрямители классифицируются: - по числу фаз первичной обмотки трансформатора - однофазные и трех- фазные; - по числу выпрямленных полупериодов - однополупериодные и двухпо- лупериодные; - по принципу регулирования выпрямленного напряжения – управляемые и неуправляемые; - по мощности – малой (до сотен ватт), средней (до 5 кВт), большой (свыше 5 кВт). В настоящее время разработано и применяется на практике много схем выпрямителей однофазного и трехфазного тока. Выбор той или иной схемы определяется свойствами применяемых вентилей (обычно полупроводнико- вых диодов и тиристоров) и условиями работы выпрямителя. Рассмотрим работу основных схем выпрямления однофазного и трех- фазного тока, предполагая для простоты расчетов параметров и облегчения понимания физической сущности процессов в элементах схем, что выпря- митель работает на активную нагрузку и состоит из идеальных вентилей и трансформаторов, в которых можно пренебречь падениями напряжения, а также обратными токами вентилей, индуктивностями и намагничивающим током трансформатора. Основными элементами, параметры которых подлежат расчету в схемах выпрямления, являются вентильные элементы и трансформатор. Исходными данными при расчете служат выпрямленные напряжения U d (напряжение в нагрузке U н ) и ток I d (ток в нагрузке I н ), а также действующее значение напряжения питающей сети U 1 . Устройство и основные элементы выпрямителей В общем случае выпрямитель состоит из: - силового трансформатора, служащего для получения заданного напря- жения на выходе выпрямителя, а также для электрического разделения це- пи выпрямленного тока с питающей сетью; - блока вентилей, соединенных по определенной схеме и обеспечиваю- щих протекание тока в цепи нагрузки в одном направлении, в результате чего переменное напряжение преобразуется в пульсирующее; - сглаживающего фильтра, который ослабляет пульсации выпрямленного напряжения в цепи нагрузки; Если выпрямитель управляемый, то в него входит система управления вентилями. Для поддержания с определенной точностью значения U вых при изменениях напряжения питающей сети U с и сопротивления нагрузки R н — стабилизатор напряжения или тока. В некоторых случаях в схеме могут отсутствовать отдельные элементы, например фильтр при работе выпрямителя на нагрузку индуктивного ха- рактера или силовой трансформатор в случае бестрансформаторного вклю- чения выпрямителя, что может иметь место в мостовых схемах выпрям- ления. Выпрямители однофазного тока При небольшой мощности нагрузки (до нескольких сотен ватт) преоб- разование переменного тока в постоянный осуществляют с помощью одно- фазных выпрямителей, питающихся от однофазной сети переменного тока. Такие выпрямители предназначены для питания постоянным током различ- ных устройств промышленной электроники, обмоток возбуждения двигате- лей постоянного тока небольшой и средней мощности и т.д. Однофазная однотактная схема выпрямления В этой схеме (рисунок 5.1) трансформатор имеет одну вторичную об- мотку, напряжение u 2 которой изменяется по синусоидальному закону. Ток в цепи нагрузки проходит только в положительные полупериоды, когда точка а вторичной обмотки, к которой присоединен анод вентиля V1, имеет положительный потенциал относительно точки Ь, к которой через нагрузку присоединен катод. Рисунок 5.1 - Однофазный однополупериодный выпрямитель: схема и диаграммы напряжений и токов на элементах схемы В результате напряжение u 2 оказывается приложенным к резистору R d , через который начинает протекать ток нагрузки i d Поскольку при активной нагрузке ток по фазе совпадает с напряжени- ем, вентиль V1 будет пропускать ток до тех пор, пока напряжение u 2 не снизится до нуля. В отрицательные полупериоды (интервал времени t 1 – t 2 на рисунке 5.1) к вентилю V1 прикладывается все напряжение источника U 2 . Оно является для диода обратным, и он будет закрыт. Таким образом, на резисторе R d будет пульсирующее напряжение u d только одной полярности, т.е. выпрямленное напряжение, которое будет описываться положительными полуволнами напряжения u 2 вторичной об- мотки трансформатора Т. Ток в нагрузке i d проходит в одном направлении, но имеет также пульсирующий характер и представляет собой выпрямлен- ный ток. Выпрямленные напряжения u d и ток i d содержат постоянную (полезную) составляющую U d , I d и переменную составляющую (пульсации). Качествен- ная сторона работы выпрямителя оценивается соотношениями между по- лезной составляющей и пульсациями напряжения и тока. Коэффициент пульсаций данной схемы составляет 1,57. Среднее за период значение выпрямленного напряжения при идеаль- ных вентилях и трансформаторе |