Электропневмоавтоматика 2
.pdf
19
Глава 2
Глава 2
Основы электротехники
Festo Didactic • ТР201
20
Гпава 2
2.1. Постоянный и Простейшая электрическая система состоит из источника напряжения переменный нагрузки и соединительных проводов.
ток
Физически заряженные частички — электроны — бегут по электрической сети через проводники от отрицательного полюса источника напряжения к положительному. Это движение заряженных частиц называется электрическим током. Ток может протекать, только если цепь замкнута.
Различают два вида электрического тока — постоянный и переменный:
•Если электродвижущая сипа в электрической цепи всегда направлена
в одном и том же направлении, ток также течет в том же самом направлении. Такой ток называется постоянным, а система — системой постоянного тока
•В случае переменного тока или системы переменного тока, напряжение
иток меняют свои направление и силу по определенной кривой в пределах цикла.
Постоянный ток |
Переменный ток |
о |
Время t |
h - |
Рис. 2.1: ~с=~,чи изменения силы ~о~з~зя±ного и переменного тока Б зависимости от времени
ТР201 - Festo Didactic
21
Гпава 2
На рис.2.2 показана простая цепь постоянного тока, включающая источник напряжения, соединительные провода, управляющий выклю чатель и нагрузку (в данном случае лампу).
U - 1 2 V
Рис. 2.2:
Цепь постоянного тока
Если выключатель нажать, цепь замкнется, и по ней через нагрузку |
Техническое |
потечет электрический ток. Электроны будут перемещаться от отрица- |
направление |
тельного полюса источника питания к положительному. Но еще до |
потока |
открытия электронов было принято направление тока от "плюса" к |
|
"минусу", и оно используется в практике по сей день. Это направление |
|
потока электронов называется техническим. |
|
Festo Didactic • TP201
2
2.2. Закон Ома
Электрические
проводники
Электрический ток представляет собой поток заряженных частиц в одном направлении. Протекать ток может только через те материалы, в которых имеется достаточно свободных электронов. Материалы, отвечающие этому требованию, называются электрическими проводни ками. Особенно хорошими проводниками являются металлы, такие как: медь, алюминий и серебро. В технике управления в качестве провод ников чаще всего используется медь.
Электрическое |
Каждый материал оказывает сопротивление протекающему по нему |
||
сопротивление |
току. Это является результатом столкновения свободно перемещаю |
||
|
щихся электронов с атомами материала проводника. В проводниках |
||
|
сопротивление небольшое. Материалы с особенно высоким сопротив |
||
|
лением называются изоляторами. Материалы на основе резины и |
||
|
пластиков используются для изолирования электрических проводов |
||
|
и кабелей. |
|
|
Э. д. с. источника |
|
Отрицательный полюс источника питания имеет п е р е и з б ы т о к элект |
|
|
ронов, а положительный испытывает их недостаток. Из этой разницы |
||
|
возникает э. д. с. и с т о ч н и к а т о к а { э л е к т р о д в и ж у щ а я с и п а ) . |
||
Закон Ома |
Закон Ома устанавливает соотношение между напряжением, силой |
||
|
тока и сопротивлением. Он гласит, что в цепи с заданным сопротивле |
||
|
нием ток пропорционален напряжению. Это значит, что: |
||
|
• |
При увеличении напряжения ток увеличивается |
|
|
• |
При уменьшении напряжения ток уменьшается. |
|
|
|
|
V — Напряжение, единица измерения Вольт (V) |
|
|
V = R-i |
R — Сопротивление, единица измерения Ом (w) |
|
|
|
I — Ток, единица измерения Ампер (А) |
Рис. 2.3: Закон Ома
ТР201 - Festo Didactic
23
Гпава 2
В механике мощность может быть определена через совершенную Электрическая мощность работу. Чем быстрее выполняется работа, тем большая мощность нуж на. Поэтому мощность это ''работа, деленная на время".
В случае работы в электрической цепи электрическая энергия прео бразуется в кинетическую (например, электрический мотор), в свет (электрическая лампочка) или тепло (обогреватель, та же лампа). Чем быстрее энергия преобразовывается, тем выше электрическая мощность. Поэтому и в этом случае мощность означает энергию, деленную на время. Мощность тем выше, чем выше ток и напряжение.
Электрическую мощность нагрузки также называют входной мощностью.
|
Р — Мощность, единица измерения Ватт (W) |
Р = V • I |
V — Напряжение, единица измерения Вольт (V) |
|
1 — Ток, единица измерения Ампер (А) |
Мощность электромагнитной катушки |
Пример приме-е-,' - |
Электромагнитная катушка 5/2-распределителя работает на напря жении 24 В постоянного тока. Сопротивление ее обмотки равно 60 Ом. Какова мощность катушки?
Ток подсчитываем по закону Ома:
I = V / R = 24 / 60 = 0,4 А
Электрическая мощность пропорциональна току и напряжению:
р = V 1=24 - 0,4 = 9,6 W
Festo Didactic • ТР201
Гпава 2
2.3. Принцип Когда по проводнику протекает электрический ток, индуцируется работы электромагнитное поле, сила которого пропорциональна силе тока,
соленоида Магнитные поля притягивают железо, никель и кобальт. Сила при тяжения увеличивается с ростом магнитного поля.
Устройство соленоида Соленоид или электромагнитная катушка имеет следующее устройство:
•Токопроводящий провод намотан вокруг сердечника. Наложение линий силы всех витков увеличивает силу магнитного поля в направлении его действия
•Внутри витков катушки расположен железный сердечник. Когда по обмотке протекает ток, сердечник намагничивается, что позволяет значительно увеличить силу индуцируемого магнитного поля при той же силе тока (по сравнению с воздушным сердечником).
Таким образом, соленоид может развивать значительное усилие, воз действующее на материалы из железа (или содержащие железо).
ТР201 ' Festo Didactic
25
Гпава 2
В электропневматических системах соленоиды (катушки) чаще всего |
Применение |
используются для управления распределителями, реле или контакто |
соленоидов |
рами. Это может быть продемонстрировано на примере распредели |
|
теля с электромагнитным управлением и возвратной пружиной: |
|
•Когда ток протекает по обмотке катушки, затвор клапана переме щается, сжимая пружину
•После снятия напряжения с катушки, пружина возвращает затвор
висходное положение.
Если на катушку подать переменное напряжение, по обмотке потечет |
Реактивность в цепях |
||
переменный ток (см. рис. 2.1). Направление тока и магнитного поля будут |
переменного тока |
||
постоянно меняться. Изменение магнитного поля индуцирует ток в |
|
||
катушке, который будет действовать против тока, который индуцирует |
|
||
поле. По этой причине катушка представляет "сопротивление" |
|
||
переменному току, которое называется реактивным. Реактивность |
|
||
возрастает с ростом частоты колебаний напряжения и индуктивности |
|
||
обмотки. Индуктивность измеряется в Генри (Н). |
|
||
1Н |
Vs |
112 s |
|
А |
|
||
|
|
|
|
Вцепях постоянного тока ток, напряжение и магнитное поле изменя ются только при включении. Поэтому реактивность проявляется толь ко при замыкании цепи (подача тока).
Вдобавление к реактивному сопротивлению обмотка имеет омиче ское сопротивление. Это сопротивление имеет место как в цепях пере менного, так и постоянного тока.
Реактивность в цепях постоянного тока
Festo Didactic • TP2Q1
26
Глава 2
2.4. Принцип Емкость состоит из двух металлических пластин с изолирующим слоем работы (диэлектрик) между ними. Если подключить емкость к источнику напря- емкости жения постоянного тока (замкнуть переключатель S1 на рис. 2.6), сразу потечетток зарядки, который станет заряжать обе пластины. Если цепь затем разомкнуть, заряд сохранится в емкости. Чем больше объем ём кости , тем больший заряд она может сохранить при данном напряжении.
Емкость измеряется в фарадах (F):
1F = 1 — V
Если заряженную емкость подключить к нагрузке (замкнуть переключатель S2 на рис. 2.6), емкость начнет разряжаться. Ток будет протекать через нагрузку до тех пор, пока емкость полностью не разрядится.
Т ок зарядки |
Ток разрядки |
31 |
Е — \ S 2 [ - \ |
V 14 |
+ + + + + + |
Рис. 2.6: Принцип работы
емкости
ТР201 • Festo Didactic
Гпава 2
Диоды — это электрические элементы, которые пропускают через себя |
2.5. Принцип работы |
ток только в одном направлении. |
диода |
•В прямом направлении сопротивление диода столь мало, что ток протекает свободно
•В обратном направлении сопротивление столь высоко, что ток не течет.
Если диод подключить в цепь переменного тока, ток сможет протекать через него только в одном направлении. Ток выпрямляется.
Эффект от присутствия диода в электрической цепи такой же, как и от присутствия обратного клапана в пневматической системе.
Festo Didactic • ТР201
28
Гпава 2
2.6. Измерения в электрических цепях
Измерение
Измерение означает сравнение неизвестной переменной величины (например, длины пневматического цилиндра) с известной величиной (такой как шкала измерительной линейки). Измерительное устройство (такое как линейка) позволяет делать такие измерения. Результат — измеренная величина — выражается в цифровых значениях и в единицах измерения (например, 30,4 см).
Электрические токи, напряжения и сопротивления обычно измеряются с помощью мультиметров. Такие устройства могут работать в нескольких режимах:
•Постоянный ток и его напряжение, переменный ток и его напряжение
•Ток, напряжение, сопротивление.
Мупьтиметр будет работать правильно только при правильно выбран ном режиме.
Устройства для измерения напряжения называются вольтметрами, а устройства для измерения тока называются амперметрами.
"3.999
41- !ШШ1!1!ШЖ1Н!Ш!П11||И1111!1!!>
о оюк5
Рис. 2.8: Мупьтиметр
ТР201 - Festo Didactic