Министерство образования и науки Российской Федерации

Иркутский государственный технический университет

Факультет ____энергетический____________________________

Кафедра _электропривода и электрического транспорта_____

М.П.Дунаев

ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

Методические указания для лабораторных занятий

Укрупненная группа направлений и специальностей

140000 – Энергетика, энергетическое машиностроение и электротехника

Направление подготовки:

140400 – Электроэнергетика и электротехника

Профиль:

140400.62 – Электропривод и автоматика

Квалификация (степень):

Бакалавр

Иркутск

2011 г.

М.П.Дунаев. Промышленная электроника в электроприводе. Методические указания для лабораторных занятий. – Иркутск, 2011. - 26 с.

Приведено описание лабораторных работ, соответствующих программе курса "Промышленная электроника в электроприводе". Указания содержат необходимые сведения по комплектации лабораторных стендов, порядка подготовки и проведения экспериментов по изучению статических и динамических характеристик сложных элементов электроники.

Библиограф. 5 назв. Ил.24. Табл.4.

СОДЕРЖАНИЕ стр.

1. Требования техники безопасности…………………………………….3

2. Контрольные вопросы………………………………………………….3

3. Лабораторная работа 1…………………………………………………4

4. Лабораторная работа 2…………………………………………………8

5. Лабораторная работа 3………………………………………………..10

6. Лабораторная работа 4………………………………………………..12

7. Лабораторная работа 5………………………………………………..15

8. Лабораторная работа 6………………………………………………..18

9. Лабораторная работа 7………………………………………………..23

10. Библиографический список………………………………………….26

ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

1. Не приступайте к работе без допуска преподавателя.

2. Не вносите изменения в работу схемы.

3. Никогда не полагайте, что схема отключена.

4. Не работайте с напряжением, если чувствуете недомогание, снимите перед работой металлические кольца и предметы.

5. Не касайтесь клемм на работающем стенде.

6. При обнаружении неисправности срочно сообщите об этом преподавателю. Помните: от четких действий по обеспечению безопасности лабораторных работ зависит ваша жизнь !

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия исследуемого устройства.

2. Опишите функциональную схему исследуемого устройства.

3. Объясните работу функциональной схемы исследуемого устройства.

4. Проанализируйте полученные результаты, сравнив их с теоретическими данными.

Лабораторная работа 1

ЛИНЕЙНЫЕ СХЕМЫ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ (ОУ)

Цель работы: изучение и исследование линейных схем на интегральных ОУ.

1. Общие сведения

Операционный усилитель – это усилитель постоянного тока с дифференциальным входом, обладающий большим коэффициентом усиления (до 10⁶), широкой полосой пропускаемых частот (от 0 до 100мГц), а также имеющий высокое входное (до 1000 Ом) и низкое выходное (десятки Ом) сопротивление.

В ключая во входные цепи и обратные связи ОУ дополнительные элементы (резисторы и конденсаторы), можно моделировать различные электронные схемы: усилители, интеграторы, дифференциаторы. Характеристики перечисленных устройств показаны соответственно на рис.1а, б, в.

ОУ широко используется для построения регуляторов в системах автоматического управления электроприводами, в цифроаналоговых и аналогоцифровых преобразователях, активных фильтрах, модуляторах и демодуляторах и т.д.

ОУ имеет два входа:

• неинвертирующий, изменение входного сигнала на котором совпадает по фазе с выходным;

• инвертирующий, изменение входного сигнала на котором противоположно по фазе выходному.

Для получения выходного напряжения как положительной, так и отрицательной полярности ОУ питается от источника двухполярного напряжения. Это дает возможность получить нулевой уровень выходного напряжения при отсутствии сигнала на входе.

2. Описание лабораторного стенда

Лабораторная работа выполняется на базе аналогового вычислительного комплекса АВК-6, который имеет следующие встроенные блоки:

• электроннолучевой индикатор (ЭИ) с частотой развертки 0,1...1100 Гц;

• генераторы напряжения: прямоугольного (ГПН), треугольного (ГТН), синусоидального (ГСН) и косинусоидального (ГКН), амплитуду которых можно регулировать в пределах от 0 до 10 В, а частоту – от 0,1 до 1100 Гц;

• цифровой вольтметр (V) с пределами измерения от –19,99 до +19,99 В;

• цифровой измеритель (ЦИ) длительности развертки ЭИ (времени видимого хода луча) от 0,5 до 5000 мс;

• два сумматора аналоговых сигналов;

• сменные операционные модули: линейный, нелинейный, умножения-деления, цифроаналоговый преобразователь.

3. Программа исследований

3.1. Ознакомьтесь с расположением измерительных приборов и органов управления на лабораторном стенде, настройте развертку электроннолучевого индикатора, подав на вход «Х10» треугольный периодический сигнал с ГТН.

2. Исследуйте модель масштабного усилителя:

• соберите схему масштабного усилителя (рис.2), используя линейный сменный модуль;

• снимите регулировочную характеристику U_вых = f(U_вх) при К=10, используя для этого источник эталонного напряжения ±1 В, потенциометр и вольтметр; данные занесите в табл.1;

• п остройте полученную характеристику, определите точность моделирования по формуле  = (U_вых - 10 U_вх)/ U_вых .

Таблица 1

Uвх, В	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	0,99
Uвых, В
Uвх, В	0	-0,1	-0,2	-0,3	-0,4	-0,5	-0,6	-0,7	-0,8	-0,9	-0,99
Uвых, В

2. Исследуйте модель интегратора:

- соберите схему интегратора (рис.3), используя линейный сменный модуль;

• снимите выходную динамическую характеристику U_вых = f(t) при К=1 и Т=0,01 с, используя в качестве входного напряжения U_вх прямоугольный сигнал ГПН амплитудой 1 В и индикатор;

• повторите опыт при при К=0,5 и Т=0,01 с;

• постройте характеристики в одних координатах, сравните их, укажите масштаб (4 деления по «Х» - показания ЦИ в мс, 1 дел. по «У» - 5 В).

2. Исследуйте модель дифференциатора:

- соберите схему дифференциатора (рис.4), используя два линейных сменных модуля;

• снимите выходную динамическую характеристику U_вых = f(t) при К₁=К₂=1, а₂=-1 и Т₂=0,01 с, используя в качестве входного прямоугольный сигнал амплитудой 5 В и индикатор;

• повторите опыт при при К₁=0,5 , К₂=1, а₂=-1 и Т₂=0,01 с;

• повторите опыт при при К₁=1 , К₂=0,5 , а₂=-1 и Т₂=0,01 с;

• постройте характеристики в одних координатах, сравните их, укажите масштаб (4 деления по оси «Х» - показания ЦИ в мс, 1 деление по оси «У» - 5 В, ноль вольт – по центру экрана индикатора).

Лабораторная работа 2

ТИПОВЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ

Цель работы: изучение и исследование схем типовых регуляторов на интегральных ОУ.

1. Общие сведения

Наиболее распространенными регуляторами, т.е. устройствами для активной коррекции статических и динамических характеристик систем автоматического управления, являются пропорциональный регулятор (П-регулятор), пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор) и пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор (ПИД-регулятор). Название регуляторов отражает состав математических операций, проводимых данным регулятором с входной величиной. Например, выходная величина ПИ-регулятора содержит сумму двух величин, одна из которых пропорциональна входной величине регулятора, а другая содержит интеграл от входной величины.

Х арактеристики перечисленных устройств показаны соответственно на рис.1а (П-регулятор), б (ПИ-регулятор), в (ПИД-регулятор).

2. Программа исследований

1. Подайте на вход «Х10» ЭИ треугольный сигнал с ГТН.

2. Исследуйте модель ПИ-регулятора:

• соберите схему ПИ-регулятора (рис.2), используя два линейных сменных модуля и сумматор;

• снимите выходную характеристику U_вых=f(t) при Т₁=0,1; К₁=К₂=1, а₁=а₂=-1, используя в качестве U_вх напряжение ГПН амплитудой 1 В;

• повторите опыт при при К₁=0,5 , К₂=1 и Т₁=0,1 с;

• повторите опыт при при К₁=1 , К₂=0,5 и Т₁=0,1 с.

3. Исследуйте модель ПИД-регулятора:

• соберите схему ПИД-регулятора (рис.3), используя три линейных сменных модуля и сумматор;

• снимите характеристику U_вых = f(t) при Т₁=0,1; Т₃ =0,01; К₁ = К₂ = К₃ =1, а₁=а₂=а₃=-1, используя в качестве U_вх напряжение ГПН амплитудой 1 В;

• повторите опыт при при К₁=0,5; К₂ = К₃ =1, Т₁=0,1; Т₃ =0,01;

• п овторите опыт при при К₁= К₃=1; К₂=0,5; Т₁=0,1; Т₃ =0,01;

• повторите опыт при при К₁= К₂=1; К₃=0,5; Т₁=0,1; Т₃ =0,01.

Лабораторная работа 3

НЕЛИНЕЙНЫЕ СХЕМЫ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ

Цель работы: изучение и исследование схем компаратора и релейного элемента на интегральных ОУ.

1. Общие сведения

На операционных усилителях можно строить не только линейные схемы (масштабный усилитель, интегратор, дифференциатор и типовые регуляторы), динамические процессы в которых описываются линейными дифференциальными уравнениями, но и нелинейные схемы (компаратор, релейный элемент и др.), выходное напряжение которых может изменяться нелинейным образом, например, скачком.

К омпаратор (К) представляет собой устройство (рис.1), сравнивающее два входных сигнала (U_вх1 и U_вх2) и фиксирующее превышение уровня одного входного сигнала над другим скачкообразным изменением напряжения U_вых .

Релейный элемент (РЭ) – это устройство с одним входом и одним выходом (рис.2), в котором плавное нарастание входного сигнала U_вх до определенного (порогового) значения U_п не сопровождается изменением выходного сигнала U_вых , но после превышения входным сигналом U_вх порогового уровня ±U_п напряжение на выходе U_вых изменяется скачком.

2. Программа исследований

2.1. Подайте на вход «Х10» ЭИ треугольный сигнал с ГТИ.

2. Исследуйте модель компаратора:

• соберите схему компаратора (рис.3), используя линейный сменный модуль (К=а=1, 0 ‹ с ‹ 1);

• снимите характеристики U_вых = f(U_вх1) при U_вх2=1 В, используя в качестве U_вх1 регулируемый источник напряжения 10 В;

• повторите предыдущий пункт исследований при U_вх2=5 В;

• п остройте полученные характеристики, определите точность срабатывания компаратора по формуле  = |U_вх2 - U_вх1| / U_вх2 .

2. Исследуйте модель релейного элемента:

• соберите схему релейного элемента (рис.4), используя нелинейный сменный модуль (К=5, К_н=мах, а=0,5 );

• подавая плавно изменяющееся входное напряжение с регулируемого источника напряжения 10 В, снимите характеристику U_вых = f(U_вх), фиксируя пороговые напряжения U_-п и U_+п ;

• повторите предыдущий пункт исследований при коэффициенте а=0,75;

• п остройте полученные характеристики, определите симметричность характеристик U_вых = f(U_вх) по формуле  = (|U_-п | – U_+п)/ U_+п .

Лабораторная работа 4

ГЕНЕРАТОРЫ ПЕРИОДИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Цель работы: изучение и исследование схем генераторов синусоидального, треугольного и прямоугольного напряжения на ОУ.