Указания к лаб.ратам ТАУ / НТЦ-09.12 Методические указания

Рис. 2.1. Схема (а) и характеристика (б) однотактного индуктивного преобразователя: 1 — сердечник; 2 — обмотка; 3 — якорь

показанная на рисунке сплошной линией, отличается от идеальной. Это объясняется тем, что при малых значениях δ допущение Rт « R8 становится неверным, так как магнитное сопротивление ферромагнитного участка магнитной цепи rт становится соизмеримым с магнитным сопротивлением зазора R8 ; при больших значениях δ падает индуктивность обмотки L и реактивное сопротивление XL становится соизмеримым с активным сопротивлением магнитной цепи, т.е. R ≈ XL. Это несоблюдение принятых в начале рассмотрения допущений и приводит к искажению статической характеристики.

К достоинствам нереверсивного индуктивного датчика следует отнести: высокую чувствительность, надежность и долговечность, отсутствие контактных устройств, значительную величину выходной мощности (до сотен вольт-ампер), простоту конструкции и эксплуатации.

Основными недостатками рассмотренного датчика являются: наличие напряжения на выходе при нулевом воздушном зазоре UX.X, нелинейность реальной статической характеристики; возникновение больших усилий между якорем и сердечником дросселя (до нескольких килограммов), которые необходимо преодолевать. От перечисленных недостатков в значительной степени свободны реверсивные датчики, которые имеют чувствительность в 2 раза большую, чем нереверсивные датчики.

Реверсивные датчики включаются или по дифференциальной (рис. 2.2,а), или по мостовой схеме (рис, 2.2,6) и состоят из двух нереверсивных датчиков, имеющих общий якорь 1. Усилие, действующее на якорь, равно разности сил притяжения со стороны сердечников 2. В среднем положении якоря при наличии полной симметрии реверсивного датчика результирующее усилие равно нулю, а в других положениях якоря оно небольшое.

Реальная статическая характеристика реверсивного датчика (кривая ///) приведена на рис. 2.2, в. Она получается путем алгебраического суммирования ординат характеристик нереверсивных датчиков (кривые / и //). За начало отсчета перемещений берут среднее положение якоря, при котором схема будет уравновешена и падение напряжения на нагрузке UH=0. При небольших отклонениях якоря напряжение Uн возрастает прак- тически линейно. При изменении знака перемещения (переход якоря через среднее положение в противоположную сторону) фаза напряжения UH меняется на 180°.

Рис. 2.2. Реверсивный индуктивный датчик с переменным за-зором.

а — дифференциальная схема включепия; б — мостовая схема включения; в — статические характеристики.

В настоящее время применяется большое количество индуктивных датчиков, отличающихся друг от друга по конструктивному и схемному исполнению. В автоматике наибольшее распространение получил дифференциальный датчик, включающийся с помощью разделительного трансформатора Тр (рис. 2.2,б).

К достоинствам рассмотренных реверсивных датчиков можно отнести: большую, чем у нереверсивных датчиков, линейность статической характеристики; меньшую зависимость характеристики от колебаний напряжения, температуры и т. п.

Основным недостатком реверсивных датчиков является сложность регулировки (балансировки) датчика.

б) индукционные датчики

Индукционные датчики преобразуют измеряемую неэлектрическую величину в ЭДС индукции. В этих датчиках используется явление электромагнитной индукции, заключающееся в том, что во всяком контуре, внутри которого с течением времени меняется магнитный поток, наводится (индуктируется) ЭДС.

Как известно, по закону электромагнитной индукции величина наводимой ЭДС определяется скоростью изменения магнитного

потока E = — ω · D Ф ⁄DT , где е — мгновенное значение ЭДС; ω —. Число витков контура; Ф — магнитный поток. Чувствительность индукционных датчиков зависит от числа витков катушки.

В связи с тем, что наводимая ЭДС зависит от скорости изменения магнитного потока индукционные датчики применяют для измерения скорости линейных и угловых перемещений, ускорений, параметров колебаний (амплитуды и частоты).

Из индукционных датчиков наибольшее применение нашли тахогенераторы, предназначенные для измерения угловой скорости и выполненные в виде генераторов постоянного или переменного тока небольшой мощности (1 —100 Вт).

Тахогенератор постоянного тока по принципу действия и конструктивному выполнению является электрической коллекторной машиной (рис. 2.3, а), работающей в генераторном режиме и состоящей из вращающейся части — якоря 3 и неподвижной части — статора. На

01.09.2011 НТП «ЦЕНТР» «Основы автоматики» НТЦ-12 Методические указания

отсутствие коллектора и щеток, высокое быстродействие (малая электромеханическая по- стоянная времени).

Асинхронные тахогенераторы находят также применение в схемах счетнорешающих устройств и в автоматических системах регулирования для осуществления обратных связей по скорости.

Синхронные тахогенераторы применяются относительно редко, так как им свойственны существенные недостатки.

2.3.Задание на выполнение лабораторной работы.

2.2.1.Ознакомиться с лабораторной установкой и приборами необходимыми для исследования.

2.2.2.Исследовать влияние сопротивления нагрузки на величину выходного напряжения индуктивного датчика.

2.2.3.Исследовать влияние сопротивлений нагрузки на величину выходного напряжения тахогенератора.

2.2.4.Построить статические характеристики индуктивного датчика по экспериментальным данным.

2.2.5.Определить чувствительность и максимальную относительную погрешность индуктивного датчика при различных нагрузках. Рассчитать максимальную относительную погрешность индуктивного датчика при различных нагрузках.

2.2.6.Построить статические характеристики тахогенератора по экспериментальным данным.

2.2.7.Определить чувствительность и максимальную относительную погрешность тахогенератора при различных нагрузках. Рассчитать максимальную относительную погрешность тахогенератора при различных нагрузках .

2.2.8.Оформить отчет о проделанной работе.

2.3.Порядок работы с лабораторной установкой

(дополнительное оборудование: осциллограф, тестер).

2.3.1. Собрать схему рис.2.4. Установить предел измерения мультиметра 110В.

2.3.2.Включить SA1, SA7.

2.3.3.Плавно вращая диск BL вправо и влево от 0 определить диапазон угла

полученном диапазоне 5-6 точек угла α и плавно вращая диск BL снять зависимость Uвых=f(α) в режиме холостого хода.

2.3.4.Выключить SA1, SA7.

2.3.5.Тестером измерить сопротивления R56, R57.

2.3.6.Выполнить п. 3.2- п.3.4 для сопротивлений нагрузки R56, R57.

2.3.7.Построить статические характеристики индуктивного преобразователя.

2.3.8.Определить чувствительность и максимальную относительную погрешность индуктивного датчика.

2.3.9.Собрать схему рис. 2.5. Соединить пассиком вал двигателя М1 с валом тахогенератора BR.

2.3.10.Включить SA1. Изменяя резистором R70 частоту вращения ω двигателя М1 снять зависимость Uвых тг=f(ω). Угловая частота ω измеряется импульсным

датчиком. Результат измерения отражается на индикаторе «Частота вращения».

2.3.11.Выключить SA1, тестером измерить сопротивления нагрузки тахогенератора

BR.

2.3.12.Повторить п.3.10 для нагруженного тахогенератора. Выключить SA1.

2.3.13.Построить статические характеристики тахогенератора в режиме х.х. и для двух сопротивлений нагрузки.

2.3.14.Определить чувствительность и максимальную относительную погрешность тахогенератора.

2.3.15.Оформить отчет о проделанной работе

Содержание отчета:

результаты предварительной подготовки;

таблицы экспериментальных данных;

графики статических характеристик;

расчеты чувствительности и максимальной погрешности;

краткие выводы.

Рис. 2.4.

Рис.2.5.

2.4. Контрольные вопросы.

2.4.1.Принцип действия индуктивного датчика?

2.4.2.Принцип действия индукционного датчика?

2.4.3.Чем обусловлена нелинейность статической характеристики индуктивного датчика?

2.4.4.К каким классам относят индуктивные индукционные датчики?

2.4.5.Какой тип питающего напряжения постоянное либо переменное и почему используют в индуктивных датчиках?

2.4.6.Для каких цепей в системах автоматики используются тахогенеторы?

2.4.7.На чем основан принцип действия асинхронного тахогенератора?

2.4.8.В чем состоит отличие работы асинхронного тахогенератора от синхронного?

2.4.9.Как работает тахогенератор постоянного тока?

Лабораторная работа №3

Исследование модуляторов и демодуляторов.

.

Рис. 3.2.

4. Лабораторная работа №4 Исследование вращающихся трансформаторов.

Цель работы: освоение методики определения основных параметров вращающегося трансформатора.

4.1.Задание на предварительную подготовку.

4.1.1.Ознакомиться с содержанием лабораторной работы.

4.1.2.Подготовить бланк отчета: наименование и номер работы, цель работы, аппаратура и пособия, задание по экспериментальным исследованиям, схема

установки для исследования вращающегося трансформатора, таблица для значений экспериментальных данных.

4.1.3.Повторить назначение органов управления и правила пользования измерительными приборами, используемыми при выполнении работы.

4.1.4.Изучить методику исследования вращающегося трансформатора.

4.1.5.Подготовить ответы на вопросы.

4.1.5.1.Назначение СКВТ.

4.1.5.2.Применение СКВТ.

4.1.5.3.Принцип действия СКВТ.

4.1.5.4.Работа СКВТ в различных режимах.

4.1.5.5.Назначение квадратурной обмотки.

4.1.5.6.Влияние сопротивления в цепи роторной обмотки.

4.1.5.7.Основные достоинства и недостатки СКВТ.

4.2.Аппаратура и пособия.

4.2.1.Лабораторный стенд.

4.2.2.Вольтметр.

4.3.Краткие теоретические сведения.

Вращающимся трансформатором (ВТ) называется электрическая индукционная машина, предназначенная для выработки напряжений, пропорциональных синусу и косинусу угла поворота, или напряжений, пропорциональных углу поворота ротора машины.

Конструктивно ВТ выполнен в виде статора и ротора с контактными кольцами. На статоре и роторе помещаются по две обмотки, сдвинутые в пространство под углом 90о. магнитные оси этих обмоток взаимно перпендикулярны. Одна из

обмоток статора является обмоткой возбуждения и питается от однофазной цепи. Если повернуть ротор ВТ на угол α, то э.д.с., наводимые в обмотках ротора,

будут пропорциональны синусу и косинусу угла поворота.

E1 = EMAX sin α , E2 = EMAX cosα ;

где Е – максимальное значение э.д.с. в обмотках ротора (при совпадении осей обмоток ротора и статора).

EMAX = U − W = U K We

ВТ применяются датчики угловых величин для решения тригонометрических задач, связанных с решением координат.

4.4.Задание на экспериментальное исследование.

4.4.1.Ознакомиться с лабораторной установкой и приборами, необходимыми для исследования.

4.4.2.Исследовать синусную зависимость.

4.4.3.Исследовать косинусную зависимость.

4.4.4.Построить статические характеристики по экспериментальным данным.

4.4.5.Оформить отчет о проделанной работе.

4.5.Экспериментальное исследование

4.5.1.Подготовка к работе.

4.5.1.1.Изучить назначение и расположение органов управления лабораторного стенда и измерительной аппаратуры.

4.5.1.2.Подготовить лабораторный стенд к работе: собрать схему согласно рис.4.1; подключить вольтметр к выходу каждой из обмоток; включить питание стенда SА1 и SА10; ручку поворотного трансформатора установить в такое положение,

чтобы вольтметр показывал нуль (0) на обмотке. Принять эту точку по шкале за нулевое положение.

4.5.2. Исследование синусной зависимости

Рисунок 4.1.

4.5.2.1.Исследование синусной зависимости U ВЫХ = f (sin α ) Zн =∞ , Zк =∞

4.5.2.2.Собрать схему поворотного трансформатора (рис.4.1). Для этого к клеммам статорной обмотки ΙΙΙ - ΙΙΙ* подключить напряжение 8 В. вольтметр подключить к клеммам I -ΙΙ*.

4.5.2.3.Ручку поворотного трансформатора установить в такое положение, чтобы

4.5.2.6.Собрать схему поворотного трансформатора (рис. 4.2).

Рисунок 4.2.

Для этого к клеммам статорной обмотки ΙΙΙ - ΙΙΙ*1 подключить напряжение 8 В, вольтметр подключить к клеммам Ι - ΙΙ*. В цепь роторной обмотки подключить

резистор (нагрузку) R62. Для этого клеммы с надписью R62 соединить клеммами Ι - ΙΙ*.

4.5.2.7.Ручку по СКВТ поставить в такое положение, чтобы вольтметр показал 0. Принять эту точку по шкале за нулевое положение.

4.5.2.8.Плавно поворачивая ручку СКВТ от 0о, через каждые 30о снять зависимость

4.5.2.10.Собрать схему поворотного трансформатора (рис. 4.3).