Контрольные вопросы

1. Назовите основные логические операции и элементы, применяемые для реализации схем релейного контактного управления электроприводом. Приведите схемную реализацию логических элементов.

2. Приведите условные графические обозначения логических элементов, изучен­ных в данной работе, способы пояснения функциональной связи между зависимыми и независимыми переменными.

3. Что означают логические переменные 0 и 1?

4. Назовите способы описания логических схем управления.

5. Какие логические операции реализуют схемы НЕ, ИЛИ, И, повторителя? Почему их так называют?

6. Дайте словесное определение функциональной связи между логическими переменными для схем, реализующих основные логичес­кие операции.

7. Поясните понятия о структурной логической схеме и структурной математи­ческой формуле.

8. Какие логические схемы управления называют комбинационными?

9. Докажите справедливость простейших правил и тождеств алгебры логики, приведенных в данной работе.

10. Какие способы представления логических функций Вам известны? Приведите соответствующие примеры.

11. Приведите примеры применения схем дискретного логического уп­равления.

Содержание отчета

1. Наименование и цель работы.

2. Варианты выбранных заданий и их решения.

3. Схема проведенного опыта.

4. Краткие ответы на контрольные вопросы.

6. Краткие выводы.

Лабораторная работа №10

ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ

ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цели работы: 1. Изучение устройства и принципа действия генераторов постоянного тока.

2. Исследование основных характеристик генераторов постоянного тока.

Оборудование: 1. Лабораторный стенд.

2. Реостат (100 Ом – 2 шт.).

3. Соединительные провода.

Рекомендательный библиографический список: [1], Гл.2: §§2.2.1 – 2.2.10; [2], Гл.11: §§11.1 – 11.3, 11.7 – 11.10; [4]: Гл.13: §§13.1 – 13.5, 13.9 – 13.12; [5], Гл.9: §§9.1 – 9.4, 9.7, 9.8.

Машины постоянного тока обладают свойством обратимости. Они используются в качестве генераторов и двигателей постоянного тока. С помощью генераторов осуществляется преобразование механической энергии в электрическую энергию постоянного тока. В качестве первичных двигателей, служащих для вращения генераторов, в большинстве случаев применяются асинхронные и синхронные двигатели переменного тока. Электрическая энергия постоянного тока служит для питания двигателей постоянного тока, электролитических ванн, электромагнитов различного назначения, аппаратуры управления и контроля и т. д.

Машины постоянного тока (генераторы и двигатели) устроены одинаково. Неподвижная часть машины называется статором. Статор состоит из массивного стального корпуса, к которому прикреплены главные полюсы, собранные из тонких изолированных друг от друга листов электро­технической стали с обмотками возбуждения постоянного тока. Если обмот­ки возбуждения питаются от постороннего источника постоянного тока, генератор называют генератором независимого возбуждения. Если обмотки получают питание от этого же генератора, генератор называется генератором с самовозбуждением.

Подвижная часть генератора – якорь. Якорь представляет собой цилиндр с пазами на наружной поверхности. Якорь также изготавливают из отдельных тонких изолированных друг от друга, листов электротехнической стали для уменьшения потерь от вихревых токов и перемагничивания. Пазы заполнены обмоткой, присоединенной к коллекторным пластинам. К коллектору прижимаются графитовые или медно-графитовые щетки. С помощью коллектора и щеток обмотка якоря соединяется с внешней электрической цепью. Кроме того, коллектор и щетки служат для преобразования изменяющегося по направлению тока в проводниках обмотки якоря генератора в постоянный по направлению ток во внешней цепи.

Свойства генераторов постоянного тока зависят от числа и способа подключения обмоток возбуждения или, как говорят, от способа возбуждения. В зависимости от способа возбуждения различают: генераторы не­зависимого возбуждения и с самовозбуждением. В первом случае обмотка возбуждения получает питание от постороннего источника электрической энергии, во втором – от якоря самого генератора.

Обмотки возбуждения генераторов с самовозбуждением могут соединяться с цепью якоря параллельно или последовательно. Параллельные обмотки возбуждения имеют большое число витков и значительное сопротивление. Генераторы этого типа называются генераторами параллельного возбуждения (шунтовыми). Последовательные обмотки имеют малое число витков и незначительное сопротивление. Генераторы этого типа называются генераторами последовательного возбуждения (сериесными). Генераторы последовательного возбуждения применяются редко. При наличии обеих обмоток возбуждения и одновременном их использовании машину называют генератором смешанного возбуждения (компаунд­ными). Эти обмотки могут быть включены как согласно, так и встреч­но. Генераторы при этом приобретают те или иные свойства.

Для компенсации поперечной реакции якоря и улучшения условий коммутации в машинах постоянного тока между главными полюсами размещают добавочные полюсы. Число этих полюсов обычно равно числу главных полюсов. В двухполюсных машинах малой мощности имеется один добавочный полюс. Обмотки добавочных полюсов имеют небольшое число витков и малое сопротивление. Эти обмотки соединяют последовательно с цепью якоря так, чтобы их магнитное поле было встречно к магнитному полю якоря.

Особенностью генераторов с самовозбуждением является то, что они работают по принципу самовозбуждения. Для того чтобы генератор возбудился, должны быть выполнены два условия:

• Генератор должен иметь магнитный поток остаточного намагничивания Ф₀.

• Обмотка возбуждения должна быть подключена к якорю так, чтобы ею возбуждался магнитный поток, совпадающий по направлению с потоком остаточного намагничивания.

При вращении якоря в неподвижном магнитном поле полюсов в обмотках якоря наводится переменная ЭДС, которая с помощью коллектора и щеток преобразуется в ЭДС постоянного направления:

,

где: p – число пар главных полюсов машины;

n – частота вращения якоря;

N – число активных проводников якоря;

a – число параллельных ветвей якоря;

Ф – магнитный поток одного главного полюса.

Для определенного генератора формулу можно записать так:

E = k_EФn,

где: k_E = pN/60a – постоянная величина для данной машины.

Видно, что ЭДС, наводимая в обмотке якоря, вращаемого с постоянной частотой, зависит только от магнитного потока главных полюсов или от тока возбуждения I_в. Зависимость Е(I_в), полученная при отсутствии тока в цепи якоря и постоянной частоте его вращения, называется характеристикой холостого хода. При получении характеристики холостого хода якорь вращают первичным двигателем с номинальной частотой вращения. Характеристика холостого хода генератора постоянного тока показана на рис. 10.1а. Она имеет примерно один и тот же вид для генераторов с разным способом возбуждения магнитного поля. Следует иметь в виду, что говорить о характеристике холостого хода для генератора с последовательным возбуждением не имеет смысла, так как ток возбужде­ния для него при отсутствии нагрузки равен нулю.

При вращении якоря генератора постоянного тока самовозбуждение может не наступить из-за отсутствия остаточной намагниченности полюсов, обрыва цепи возбуждения, неправильного присоединения обмотки возбуждения к якорю и целого ряда других причин.

Присоединение к генератору нагрузки приводит к снижению напряже­ния на зажимах генератора. Зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки U(I_н) называется внешней характеристикой. Присоединение к генератору параллельного возбуждения нагрузки вызывает в цепи якоря ток I_я, который возбуждает соответствующее магнитное поле якоря. Оно воздействует на магнитное поле главных полюсов и приводит к ослаблению результирующего магнитного потока Ф. При этом ЭДС генератора уменьшается, уменьшается и напряжение U:

U = E – R_я∙I_я.

Воз­растание нагрузки приводит к увеличению тока I_я и падения напряжения в цепи якоря ΔU_я = R_я∙I_я, что еще больше снижает напряжение U. Уменьшение напряжения, в свою очередь, вызывает снижение тока возбуждения в цепи обмотки возбуждения и, как следствие, приводит к уменьшению магнитного потока Ф и ЭДС Е, а, следовательно, и напряжения U.

Таким образом, увеличение нагрузки генератора параллельного возбуждения сопровождается заметным снижением напряжения. В пределах допустимой нагрузки оно снижается плавно, а при перегрузке – резко (рис. 10.1б, кривая 1). В генераторе устанавливается критический ток I_крит = (2...3)I_ном, при котором напряжение на зажимах генератора составляет примерно 0,5U_ном. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к сни­жению напряжения до нуля и установлению в генераторе тока короткого замыкания I_кз, который определяется ЭДС остаточной намагниченности главных полюсов машины. Следует отметить, что при внезапном коротком замыкании ток I_кз может оказаться во много раз больше номинального тока, и генератор выйдет из строя.

В генераторе смешанного возбуждения при согласном включении обмоток возбуждения возрастание нагрузки приводит благодаря последовательной обмотке к увеличению магнитного потока Ф, в результате чего напряжение на зажимах генератора мало изменяется (рис. 10.1б, кривая 2) и эксплуатация такой машины облегчается.

Изменение напряжения генератора ΔU определяют в процентах:

,

где U_хх и U_ном – напряжение при холостом ходе генератора и номинальное напряжение, соответственно.

Регулирование напряжения генератора параллельного возбуждения при переменной нагрузке осуществляется принудительным изменением тока возбуждения. Кривая, показывающая изменение тока возбуждения I_в в зависимости от тока нагрузки I_н для поддержания напряжения U на зажимах генератора неизменным при постоянной частоте вращения якоря n, называется регулировочной характеристикой генератора (рис.10.1в). Эта кривая при увеличении нагрузки генератора постоянного тока параллельного возбуждения плавно поднимается вверх (кривая 1), а для генератора смешанного возбуждения при согласном действии обмоток возбуждения располагается ближе к горизонтальной прямой.