3. Описание лабораторной установки

Лабораторная работа выполняется на установке, которая монтируется на приборной доске, размещенной на лабораторном столе в вертикальном положении.

В качестве объекта измерений используется двигатель постоянного тока с регулируемой частотой вращения якоря, на валу которого установлены диск с отверстиями и метка в виде цветного конуса. Вал двигателя жестко сочлен с валом тахогенератора.

3.1 Лабораторная установка содержит следующие средства измерения, контроля и управления:

- аналоговый микроамперметр М 906, обеспечивающий возможность измерения тока фототахометра в диапазоне от 0 до 50 мкА;

- магнитоэлектрический индукционный тахометр ИСТ-2, предназначенный для измерения частоты вращения вала двигателя в процентах от номинальной частоты 2500 1/мин;

- прибор счетный одноканальный ПС02-08, предназначенный для счета количества выходных импульсов в схеме фототахометра, представленной на рисунке 3; подключается к клеммам «ВЫХОД»;

- частотомер Ф5043, предназначенный для измерения частоты э.д.с. на выходе тахогенератора в диапазоне от 0 до 200 Гц; подключается к клеммам «ЧАСТОТА»;

- вольтметр действующих значений Э 30, предназначенный для измерения напряжения на выходе тахогенератора в диапазоне от 0 до 30 В; подключается к клеммам «U»;

- строботахометр СТ-5, предназначенный для генерации световых импульов синхронно с частотой вращения вала двигателя в диапазоне частот от 250 до 2500 1/мин;

- лабораторный автотрансформатор, предназначенный для установки напряжения питания двигателя в диапазоне от 0 до 127 В;

- диодный мост; его входная диагональ соединена с выходом лабораторного автотрансформатора, а выходная - с зажимами двигателя; предназначен для выпрямления переменного напряжения;

- тахогенератор, предназначен для работы в комплекте с прибором ИСТ-2; обеспечивает генерацию э.д.с, действующее значение и частота которой пропорциональны измеряемой частоте вращения вала двигателя;

- фотоэлектрический преобразователь (содержит фотодиод и лампу накаливания); установлен под валом двигателя в соответствии с рисунком 1;

- клеммы «СТАРТ», «СТОП», «СБРОС», предназначенные для контроля работы схемы блока автоматики (рисунок 4);

- выключатель ИСТ-2, предназначенгный для включения (отключения) прибора ИСТ-2;

- выключатель СЧЕТ АВТ. - предназначен для включения (отключения) автоматического режима работы прибора ПС02-08; в положении ВКЛ устанавливается режим счета импульсов в течение одной секунды с периодом обновления показаний ПСО2-08 каждые 10 с; в положении ВЫКЛ время счета импульсов не ограничено;

- выключатель СЕТЬ - обеспечивает подачу сетевого напряжения 220 В для питания стабилизированного источника напряжения + 5 В.

Лабораторная установка также содержит следующие вспомогательные устройства:

• блок фотоэлектрического тахометра;

• цифровую схему.

3.2 Принципиальная схема фотоэлектрического тахометра представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Принципиальная схема фотоэлектрического тахометра

Здесь УМ – усилитель мощности, МВ – ждущий мультивибратор.

Примечания:

1. Как отмечалось в п.2.2, длительность и амплитуда импульсов напряжения, которые формируются на резисторе R₁ (Rh), зависят от отверстий в диске и от скорости их перемещения при вращении диска. При этом информационным параметром является частота следования импульсов.

2. При изменении частоты вращения диска пропорционально изменяются как длительность t_x, так и период следования Т_х импульсов напряжения, поступающих на вход усилителя мощности (УМ). Поэтому скважность импульсов (отношение Т_х/ t_x) на входе УМ остается неизменной и определяется конструктивными параметрами диска.

3. В схеме фотоэлектрического тахометра УМ предназначен для усиления и ограничения амплитуды импульсов напряжения (на выходе УМ амплитуда импульсов не зависит от частоты вращения диска; скважность импульсов - величина постоянная).

4. Ждущий мультивибратор (MB) предназначен для формирования последовательности прямоугольных импульсов одинаковой длительности _и = С1R5 и амплитуды U_m, (на выходе MB формируются импульсы скважностью больше пяти; значение скважности зависит от частоты вращения диска).

5. Микроамперметр РА выполняет функцию интегратора. На его вход поступает последовательность равноотстоящих импульсов одинаковой амплитуды U_m. Величина среднего тока I_Ср, протекающего через рамку РА, зависит от скважности импульсов (_и /Т_х):

, (6)

где R_ПР - сопротивление постоянному току рамки РА;

U_cp - среднее за период напряжение импульсов, поступающих на вход РА;

R6 - сопротивление регулировочного резистора;

k - количество отверстий в диске;

f - частота вращения вала двигателя;

1/Т_х = f_x ⁼ kf - частота следования импульсов

Из соотношения (6) следует, что шкала микроамперметра может быть проградуирована в единицах частоты вращения вала двигателя.

3.3. Цифровая схема (ЦС) содержит блок автоматики, генератор з импульсов и схему разрешения. ЦС формирует интервал счета импульсов t₀ = 1с и управляющий импульс «сброс», который периодически обнуляет показания прибора ПС02-08 через каждые 10 с.

4. Порядок выполнения экспериментальных

исследований

4.1. Подготовка установки к работе

Изучить инструкции к используемым приборам. Включить все приборы и лабораторную установку в сеть и прогреть в течение 10 минут.

Произвести калибровку приборов в соответствии с инструкциями эксплуатации.

4.2. Измерение частоты вращения вала двигателя

С помощью лабораторного автотрансформатора установить стробоскопическому тахометру последовательно частоты вращения от 20% до 100% от номинальной частоты n_ном = 2500 1/мин.

Для каждого установленного значения частоты вращения вала двигателя произвести отсчеты информационных параметров по шкалам магнитоиндукционного тахометра, вольтметра, частотомера, фототахометра (по показаниям микроамперметра) и цифрового индикатора (ЦИ).

Примечание. Отсчет показаний ЦИ N_i производить в режиме многократных измерений (с последующим усреднением). Результаты измерений занести в таблицу 1.

Таблица 1 - Результаты измерений частоты вращения вала двигателя n

n		ИСТ-2, %	U, в	I, мкА	F, Гц	Ni		NCp	fц, Гц
% от nном	СТ-5, 1/мин
20
40
60
80
100