Технические средства автоматизации и управления

• Название: Технические средства автоматизации и управления
• Дата: 29.03.2022
• Размер: 0.58 Mb.
• Имя файла: Gusev_otshet_lr.docx
• Тип: Лабораторная работа; #425937
• страница: 2 из 3

Порядок выполнения работы.

1. 
   Ознакомиться с конструкцией стенда и правилами эксплуатации приборов, необходимых для выполнения работы.
   
2. 
   Определить диапазон регулирования привода по скорости Д_Ω для чего :
   

1. 
   Включить питание;
   
2. 
   Замкнуть тумблеры Т₁ - Т₄;
   
3. 
   Изменение движка потенциометра задания (Р₁) установить минимальную и максимальную скорости двигателя; контроль значения скорости по напряжению тахогенератора, для чего использовать или электрический осциллограф или вольтметр типа ВК7-9;
   
4. 
   Д_Ω = .
   

3. 
   Определить регулировочную характеристику привода, для чего:
   

1. 
   Включить привод;
   
2. 
   Положением движка потенциометра Р1 изменять скорость вращения двигателя от минимальной до максимальной, фиксируя при этом задания в точке 4 при помощи вольтметра типа ВК7-9 и скорость вращения двигателя описанным выше образом; данные занести в таблицу:
   

Табл. 1.



где U₄’ напряжение U₄ при размыкании силовой цепи и прежнем положении потенциометра Р1;

3. 
   по данным табл. 1 построить регулировочные характеристики ;
   
4. 
   определить коэффициент передачи системы, как .
   

4. 
   Определение механической характеристики привода :
   

1. 
   включить привод;
   
2. 
   установить максимальную скорость;
   
3. 
   прикладывая различные величины момента сопротивления к валу двигателя посредством фрикционного тормоза (величину момента оценивать по величине тока якорной цепи), определять соответственно соответствующие им значения скорости, экспериментальные данные свести в таблицу:
   

Табл. 2.

4. 
   построить график зависимости и определить жесткость механической характеристики, как .
   

5. 
   Определить точность стабилизации скорости при сбросе и набросе нагрузки, для чего:
   

1. 
   Включить привод;
   
2. 
   Прикладывая момент сопротивления при помощи фрикционного тормоза устанавливать различные значения сопротивления нагрузки, контролируя их по величине тока якорной цепи (по амперметру), значения скорости контролировать до и после приложения нагрузки; экспериментальные данные занести в таблицу:
   

Табл.3.

	об/мин	500	1000	1500	2000
	об/мин
	А
	об/мин

6. 
   Определить качественные показатели привода при подаче скачкообразного управляющего воздействия , для чего:
   

1. 
   включить привод;
   
2. 
   установить номинальное значение скорости;
   
3. 
   выключить привод;
   
4. 
   разомкнуть тумблер Т₁ и включить тумблер «сеть»;
   
5. 
   выходное напряжение тахогенератора подать на электронный осциллограф, предварительно промасштабировав его развертку по амплитуде и времени t;
   
6. 
   включить тумблер Т₁ и наблюдать переходный процесс по экрану осциллографа, зарисовать на кальку характер переходного процесса по времени;
   
7. 
   по кривой переходного процесса определить его качественные показатели:
   

σ - перерегулирование;

t₃ - быстродействие;

t_пп - время переходного процесса;

n - число пробегов.

7. 
   Определить качественные показатели привода при набросе нагрузки, для чего:
   

1. 
   включить привод;
   
2. 
   подать напряжение тахогенератора на электронный осциллограф;
   
3. 
   установить скорость близкую к номинальной;
   
4. 
   скачком приложить момент к валу двигателя;
   
5. 
   определить так же как по п.4.
   

8. 
   Определить коэффициенты передачи обратных связей по току и напряжению, для чего:
   

1. 
   включить привод;
   
2. 
   установить скорость n = 1000 об/мин;
   
3. 
   разомкнуть тумблер Т₂ и определить значение скорости;
   
4. 
   разомкнуть тумблер Т₃ и определить значение скорости; результаты занести в таблицу:
   

Табл. 4.

5. 
   используя аналитические зависимости между напряжением задания, скоростью и коэффициенты передачи привода определить коэффициенты передачи обратных связей.
   

Перечень приборов:

1. 
   Универсальный прибор типа ВК7-9;
   
2. 
   Электронный осциллограф типа С1-68.
   

Содержание отчета:

1. 
   Принципиальная электрическая схема привода и стенда;
   
2. 
   Блок-схема и структурная схема привода;
   
3. 
   Передаточные функции привода;
   
4. 
   Характеристики, графики и экспериментальные данные по п. 4.2-4.7;
   
5. 
   Заключение и выводы о проделанной работе.
   

ПРИЛОЖЕНИЕ

Некоторые сведения из теории магнитных усилителей

Электропривод с МУ представляет управляемый МУ, нагрузкой которого является электродвигатель переменного или, как правило, постоянного тока. рассмотрим кратко принцип действия и особенности МУ.

В зависимости от места включения нагрузки и характеру протекающего по рабочим обмоткам тока различают отдельные дроссельные МУ и МУ с самоподмагничиванием.

Дроссельные магнитные усилители (ДМУ)

ДМУ обычно состоит из двух дросселей насыщения Д_р1 и Д_р2 (Рис. 1), каждый из которых выполнен на ферромагнитном сердечнике и имеет рабочую обмотку ω_р и обмотку управления ω_у, предназначенную для подмагничивания дросселя постоянным током.

Два дросселя используют для компенсации в управляющей цепи переменной составляющей напряжения основной частоты, трансформируемой из рабочей цепи. Для этого, как показано на рис. 1в, рабочие обмотки включают согласно, а обмотки управления - встречно.

Действительно, легко видеть, что любой из полупериодов напряжения питания (при идентичных сердечниках) благодаря согласному включению рабочих (первичных) обмоток и встречному включению обмоток управления (вторичных) трансформируемые в цепи управления ЭДС основной частоты оказываются в противофазе и компенсируют друг друга (для примера на рис. 1а, 1б полярности ЭДС, трансформируемых в положительный полупериод, отмечены на обмотках в кружочках).

При увеличении тока управления растет подмагничивание стальных сердечников. Вследствие насыщения уменьшаются магнитные потоки, созданные переменным током в рабочих обмотках ω_р. Поэтому уменьшаются индуктивности этих обмоток и их индуктивные сопротивления, т.е.

I= , где , S_ж - сечение железа; l_ж - средняя длина магнитной индукции; .

Выходная характеристика МУ I_H = f(I_y) имеет вид рис 1г.

Статическими параметрами МУ являются:

Коэффициент полезного действия (без учета потерь в сердечнике имея в виду, что I_H = I_p) , где - мощность, выделяемая в нагрузке (полезная); - вся мощность, потребляемая от источника питания.

Отношение приращения тока в нагрузке соответствующему приращению тока управления называется коэффициентом усиления по току К_I. Для рабочего режима .

Коэффициент усиления по напряжению

.

Коэффициент усиления по мощности

.

Определим некоторые динамические параметры идеального ДМУ.

С подачей управляющего сигнала Е_у новый режим работы МУ устанавливается не сразу.

Период с момента подачи управляющего сигнала до достижения одним из сердечников насыщенного состояния называется временем запаздывания (Т_З).



В дальнейшем, в переходном процессе, дроссели будут периодически насыщаться в цепи управления и в нагрузке будет появляться ток возрастающий с каждым периодом.

В случае длительность переходного процесса многим больше полупериода напряжения питания. Поэтому можно считать, что среднее значение токов i_y и i_н меняется не ступенчато от одного полупериода к другому, а непрерывно и цепь управления может рассматриваться как цепь из последовательно включенных активного сопротивления R_y и индуктивности L_y. Переходный процесс в такой цепи достаточно характеризуется постоянной времени .





Магнитные усилители с самоподмагничиванием (МУС)

МУС при равных условиях выгодно отличаются от дроссельных усилителей более высокими коэффициентами усиления и динамической добротностью.

Отличительная особенность МУС состоит в том, что подмагничивание постоянным магнитным полем в них осуществляется как за счет сигнала управления, так и за счет постоянной составляющей тока рабочих обмоток. Подмагничивание от рабочих обмоток происходит в результате последовательного включения с каждой из этих обмоток вентиля, обеспечивающего протекание в них однополупериодного выпрямленного тока. Так как подмагничивание имеет место и при отсутствии управляющего сигнала, подобные устройства получили название МУС.

Поскольку подмагничивание от рабочих обмоток пропорционально току нагрузки и ее действие эквивалентно работе обратной связи, МУС иногда называют МУ с внутренней обратной связью.

Свойство МУС самонасыщаться при отсутствии управляющего сигнала позволяет называть их также МУ с самонасыщением.

МУС представляет собой особый класс МУ, в которых осуществляется диодное разделение рабочих и управляющих интервалов. Физические процессы в них отличаются от процессов в ДМУ и предопределяются прежде всего характером динамического цикла перемагничивания сердечника за период питающего напряжения.

На рис. 2а приведена схема простейшего МУС на одном сердечнике с однополупериодным выходом. Индуктивность L в цепь управления включена для того, чтобы погасить в ней ток трансформации от рабочей обмотке.

МУС с однополупериодным выходом находят весьма ограниченное применение, ток как ток в нагрузке такого усилителя протекает лишь в течение одного полупериода и всегда содержит постоянную составляющую, кроме того индуктивность L обуславливает значительную инерционность.





Как уже отмечалось, из-за ряда недостатков однополупериодные схемы МУС находят ограниченное применение. Эти недостатки легко устранить в двухполупериодных МУС, схемы которых приведены на рис. 2б-г. Схемы рис. 2б-г компонуются из двух одинаковых в магнитном и электрическом отношении типовых элементов, включенных на общую нагрузку R_Н. Балластную индуктивность L в данном случая включать в цепь управления не требуется.

Рабочие ω_р и управляющие ω_у обмотки необходимо включать таким образом, чтобы взаимное направление напряженностей в рабочие полупериоды от них в каждом из дросселей было одинаковым. Другими словами, напряженность от тока управления в обоих дросселях должна всегда оказывать на сердечники одинаковое воздействие - или их намагничивать, или, наоборот, размагничивать.

В соответствии с этим требованием на схемах произведена маркировка обмоток: начало обмоток отмечены точками. Первый полупериод питающего напряжения («+», «-» - без скобок) будет рабочим для дросселя Др₁, в то время, как для дросселя Др₂ он является управляющим. В последующий полупериод («+», «-») режим работы дросселей меняются местами. Таким образом, дроссели Др₁ и Др₂ рис. 2б работают на нагрузку поочередно с полупериодным сдвигом, обеспечивая протекание в ней двухполупериодного тока. В рабочих обмотках каждого дросселя при этом протекает однополупериодный ток.

По сравнению со схемой рис. 2а в двухполупериодных МУС в нагрузке удваивается.

В двухполупериодных схемах МУС отношение сопротивления нагрузки к общему активному сопротивлению рабочей цепи ( ) определяет коэффициент полезного действия усилителя. Вообще под КПД МУС принято понимать отношение мощности P_H выделяемой в нагрузке к активной мощности Р, потребляемой рабочей цепью от источника питания.

К статическим параметрам МУС относятся коэффициенты усиления: по току, напряжению, мощности, а также коэффициент кратности изменения нагрузочного тока, характеризующий регулировочную способность усилителя. Коэффициенты усиления МУС сравнительно легко определяются через конструктивные параметры усилителя и характеристику вход-выход, построенную в координатах U_H(I_y) при U=const, R_H=const.

Коэффициент усиления по току:

, где .

Коэффициент усиления по напряжению:

, здесь r_y - омическое сопротивление обмотки управления.

Коэффициент усиления по мощности:

.

Крутизну K_R можно определить по кривой . Однако удобнее ее находить непосредственно по характеристике U_H(I_y), рассчитываемой обычно в ходе проектирования МУС (кратность изменения нагрузочного тока) определяется отношением тока нагрузки в режиме максимальной отдачи к току холостого хода:

.

Постоянная времени МУС определяется:

.

Обратные связи (ОС) в МУ.

Под обратной связью принято понимать вводимую в магнитный усилитель цепь, по которой осуществляется дополнительное подмагничивание дросселей напряженностью магнитного поля, пропорционально сигналу выхода или скорости его изменения.

ОС называют жесткими, если подмагничивание пропорционально величине выходного сигнала, и гибкими, если оно определяется скоростью изменения сигнала выхода.

ОС называют положительной, когда напряженности от цепи управления и ОС по знаку совпадают и отрицательной, если эти напряженности действуют встречно.

По способу введения на вход МУ ОС связи подразделяют на гальванические и магнитные. В гальванических ОС сигнал с входа усилителя и сигнал управления суммируются электрически. При магнитных ОС сигнал ОС поступает на отдельную обмотку - обмотку ОС, а суммирование с управляющим сигналом осуществляется через магнитные напряженности. При гальванических ОС входная цепь МУ и цепь нагрузки электрически связаны, что в практическом применении делает ее не всегда удобной.

ОС называют связью по напряжению, если она вводится от напряжения на нагрузке и связью по току, если подмагничивание осуществляется током нагрузки.

ОС с магнитным входом сигнала на вход усилителя получили преимущественное применение. Обмотка ОС, так же, как и обмотка управления, при этом располагается на сердечниках усилителя.

Так как в МУС сердечники подмагничиваются также и постоянной составляющей тока рабочих обмоток, это подмагничивание нередко рассматривают как жесткую ОС по току и называют внутренне ОС.

Жесткая ОС чаще всего используется для изменения статических параметров усилителя. Гибкая ОС функционирует лишь в переходных режимах и применяется в тех случаях, когда требуется при сохранении коэффициентов усиления существенно изменить инерционность усилителя. В частности, за счет введения положительной гибкой ОС представляется возможным уменьшить инерционность МУ в 5-15 раз.

Эффективность действия жесткой ОС принято характеризовать коэффициентом ОС. Это коэффициент пропорциональности, связывающий сигнал выхода усилителя с величиной создаваемой им напряженности подмагничивания. Так как сигнал выхода и создаваемое им подмагничивание измеряются в различных единицах, то при введении коэффициента ОС величины эти приводятся к одному параметру. В качестве параметра приведения весьма удобным является напряженность магнитного поля.

Под коэффициентом ОС принято понимать отношение напряженности подмагничивания, создаваемой обмоткой ОС к напряженности от рабочей обмотки, определяемой через среднее значение тока.

, где - магнитная напряженность подмагничивания от обмотки ОС; - магнитная напряженность от рабочей обмотки, выраженная через среднее значение тока.