3dok_toa / Лабораторні роботи / Методичка 1 семестр 2011

де 1 - кутова швидкість магнітного поля; Д - кутова швидкість ротору.

Швидкість обертання ротору електродвигуна при незмінній напрузі на обмотці збудження можна регулювати зміною амплітуди або фази керуючої напруги.

Реактивний синхронний двигун являє собою електричну машину без обмотки збудження й постійних магнітів на роторі. Обмотка керування, покладена в пазах статору, створює магнітне поле, що обертається в просторі з постійною або змінною швидкістю, обумовленою частотою напруги мережі. Реактивний обертаючий момент, що утвориться в результаті нерівності магнітної провідності по поздовжній і поперечній осях двигуна через спеціальну геометричну форму ротору, повертає ротор синхронно з магнітним полем (рис. 4).

крокові двигуни одержали поширення багатофазні синхронні двигуни з активним (збудженим) і реактивним (незбудженим) ротором. Кроковий двигун відрізняється від звичайного синхронного в основному формою напруги, що підводиться до фазних (керуючих) обмоток.

Розглянемо принцип дії та особливості основних фізичних процесів крокових двигунів на прикладі двофазної двополюсної синхронної машини з активним ротором (рис. 5).

Рисунок 5 - Принцип дії крокових двигунів

При подачі постійної напруги зазначеного знаку на фазу А (рис. 5,а) виникає сила, що намагнічує, статора FА, яка у результаті взаємодії з полем постійного магніту ротору створює синхронізуючий момент. Під дією цього моменту ротор займе положення, при якому його вісь збігається з віссю фази А. При відключенні фази А

71

и підключенні фази В вектор сили статору, що намагнічує, повернеться на кут 90 по годинниковій стрілці, виникає синхронізуючий момент, під дією якого ротор знову повернеться на 90(рис. 5, б). Для повороту ротору ще на кут 90по годинниковій стрілці необхідно подати на фазу А напругу протилежного знаку і так далі.

Крокові двигуни застосовуються з електронним комутаторам, що подає на обмотки керування прямокутні імпульси. Послідовність підключення обмоток і частота імпульсів відповідають заданій команді. Кожному імпульсу керування відповідає поворот ротору на фіксований кут (крок двигуна), величина якого строго визначена його конструкцією й способом перемикання обмоток. Швидкість обертання пропорційна частоті, а сумарний кут повороту - кількості імпульсів керування. При зміні послідовності підключення до обмоток керуючих імпульсів за довільним законом кроковий двигун працює в режимі спостереження, відтворюючи складний рух з точністю до одного кроку.

Гідравлічні серводвигуни. Гідравлічні серводвигуни виконуються з поступально поршнем, що рухається або поворотною лопатою. Як джерела живлення для гідравлічних серводвигунів застосовуються шестерні насосу, гідроакумулятору. Розглянемо принцип дії серводвигуна із золотниковим керуванням, що рухається поступально.

До циліндричного золотника 1 по трубі 3 (рис. 6) підводить масло під тиском. Рухлива частина золотника це подвійний поршень, яки виконаний таким чином, що в середньому нейтральному положенні він закриває одночасно обидві вікна m і n каналів 5 (або утворяться однакового розміру щілини), що з'єднують порожнину золотника із циліндром 6 серводвигуна.

При зсуві поршня золотника нагору від свого нейтрального положення верхня порожнина циліндра сервомотора з'єднується через золотник з напірною трубою 3, а нижня зі зливальною трубою 4. Завдяки різниці тисків, що утвориться по обидві сторони поршня 7, останній буде рухатися вниз. При зсуві поршня золотника 2 униз зі свого нейтрального положення поршень 7 одержує зворотний рух.

Рисунок 6 - Гідравлічний серводвигун

Порівняння виконавчих елементів. Порівняння виконавчих елементів можна виконати за основними показниками: енергії живлення серводвигуна, максимальної кутової швидкості обертання вихідного валу серводвигуна, по діапазоні регулювання швидкості (для власне серводвигуна без застосування різних засобів автоматики), діапазону вихідних потужностей виконавчого механізму та надійності дії. Основні показники виконавчих елементів наведені в таблиці 1.

72

Таблиця 6.1 - Порівняння виконавчих елементів

До числа додаткових характеристик варто віднести і коефіцієнт підсилення по потужності. Найбільші значення коефіцієнту підсилення, мають гідравлічні й пневматичні серводвигуни тому що в них входять і гідравлічні, і пневматичні підсилювачі. Однак універсальність електричних сервоприводів робить їх незамінними в ряді систем автоматичного керування. Підвищення діапазону регулювання швидкості досягається в них шляхом застосування допоміжних підсилювачів (магнітних або електромашинних).

Велике значення для вибору типу серводвигуна мають показники надійності. Найбільш надійними серводвигунами є гідравлічні з насосами змінної продуктивності. Безвідмовність роботи в них досягає 25000 годин і більше. Найменший безвід-

73

мовний ресурс роботи мають електродвигуни постійного струму (порядку

1000…2000 годин).

ОПИС ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДУ

Лабораторний стенд представлено на рис. 7 і складається з таких пристроїв:

-асинхронного електродвигуна з редуктором та уніфікованої колонки керування;

-потенціометричного первинного перетворювача RP;

-кінцевих вимикачів QS1 та QS2;

-комутаційної апаратури QF, SА1, SВ1…SВ3. QF – трифазний автоматичний вимикач SА1 – загальне включення лабораторного стенду, SВ1 – кнопка "Стоп", SВ2 – кнопка "Відкрито" включення приводу на відкривання засувки; SВ3 – кнопка "Закрити" включення приводу на закривання засувки;

-джерела постійного струму (VD1…VD4);

-проміжних реле KL1 та KL2;

-реверсивного магнітного пускача КМ1 - КМ2

-запобіжника FU; світлової сигналізації включення лабораторного стенду HL1;

-трансформатору живлення TV;

-вимірювального приладу РV - вольтметру.

Для виконання дослідів необхідно включити перемикач SА1 при цьому засвітиться HL1.

74

Рисунок 7 - Принципова електрична схема стенду досліду виконавчого механізму керування засувкою

ВИКОНАННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ

Зняття статичної характеристики блоку керування ВМ. Статична характеристика являє собою залежність напруги, що знімається з потенціометричного перетворювача керуючої колонки від кута повороту вихідного валу ВМ.

UВИХ f

Для зняття характеристик необхідно попередньо встановити шибер у положення ''закрито'', тобто = 0, потім, діючи на маховик ручного повороту змінювати кут відкриття засувки від = 0 до = 90 . Результати досліду 6...8 точок записати в табл. 1.

Таблиця 1 – Результати знятття статичної характеристики

Настроювання контактів кінцевих вимикачів блоку керування ВМ. Для узгодження спрацьовування кінцевих вимикачів у крайніх положеннях регулюючого органу, що відповідають повному відкриттю або закриттю шиберної засувки, необхідно для зазначених крайніх положень засувки регулюючими гвинтами колійних вимикачів перевести відповідні контакти в розімкнутий стан. Після настроювання ВМ візуально перевірити спрацьовування контактів при ручному керуванні шиберной засувки.

ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ

Звіт повинен мати:

1.Тему і мету лабораторної роботи.

2.Стислі теоретичні відомості.

3.Принципову електричну схему автоматичного дистанційного керування поворотом шиберу.

4.Описати принципову електричну схему управління виконавчим механізмом

(рис. 7).

5.За даними табл. 1 побудувати статичну характеристику UВИХ = f( ), по якій визначити коефіцієнт передачі блоку керування ВМ за виразом:

К ВМ UВИХ

де UВИХ; - збільшення відповідно вихідної напруги і кута повороту вала ВМ. 6. Зробити висновки по роботі.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1.Які типи виконавчих механізмів існує в автоматиці?

2.Які призначення й область застосування виконавчих электродвигунових механізмів?

3.Які призначення й область застосування соліноідних виконавчих механізмів?

4.Які ВМ отримали назву колонки дистанційного керування?

5.На який кут може здійснювати регулювання КДУ-1?

6.Як здійснюється зв'язок між положенням регулюючого органу і повзуном потенціометру блоку керування?

7.Як здійснюється настроювання колійних вимикачів ВМ?

8.Що мати на увазі під статичною характеристикою блоку керування?

9.Як визначити коефіцієнт передачі ВМ?

10.Якими технічними засобами забезпечується за схемою зміна обертання електродвигуна ВМ?

11.Чи можливе застосування даного ВМ у системі безупинного автоматичного керування?

12.Яким вимогам повинний відповідати ВМ, застосовуваний у САУ?

13.Принцип дії крокового виконавчого механізму систем автоматики. Область використання.

76

14.Принцип дії електромагнітних муфт виконавчих механізмів систем автоматики. Область використання.

15.Принцип гідравлічних та пневматичних дії електромагнітних муфт. Область використання.

ЛІТЕРАТУРА

1.Бородин И.Ф. Основы автоматики и автоматизации производственных процессов / И.Ф. Бородин, Н.И. Кирилин. - М.: Колос, 1977. - с. 186-195.

2.Шегал Г.Л. Электрические исполнительные механизмы в системах укправления / Г.Л. Шегал, Г.С. Коротков. - М.: Енергия, 1968. -с. 160. (Библиотека по автоматике вып. 308)

3.Шегал Г. Л. Электрические исполнительные механизмы / Г.Л. Шегал. - М.: Енергия, 1961. -с. 48-55. (Библиотека по автоматике вып. 32)

4.Бородин И.Ф. Технические средства автоматики / И.Ф. Бородин. - М.: Колос,

1982. - с. 245-261.

5.Конспект лекцій з дисципліни "Теретичні основи автоматики"

77

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 08

ПЕРЕТВОРЕННЯ РЕЛЕЙНИХ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦІЇ НА БЕЗКОНТАКТНІ ТА ПЕРЕВІРКА ЇХ

У СЕРЕДОВИЩІ EWB 5.12

Мета роботи: Навчитися перекладати релейні схеми автоматизації технологічних процесів на логічні елементи; складати таблиці дійсності та робити мінімізацію алгебраїчних виразів у середовища EWB 5.12

ПРОГРАМА РОБОТИ

1.Вивчити закони і властивості бульової алгебри.

2.Освоїти роботу спеціалізованих приладів середовища EWB 5.12 (генератора слів, логічного аналізатора, логічного конвертора).

3.За варіантом викладача по релейної схеми скласти алгебраїчний вираз та таблицю дійсності

4.Зробити мінімізацію алгебраїчного виразу.

5.Змоделювати у середовищі EWB 5.12 безконтактний аналог релейної

схеми.

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Вживання теорії бульовою алгеброю дає значне скорочення часу при розробці складних схем автоматичного управління і дозволяє отримати рішення, близькі до оптимальних. Алгебра логіки є аналогом звичайної алгебри. Її особливість в тому, що аргументи і функції приймають тільки два значення: якщо вислів дійсний, то його позначають "1" і називають логічною одиницею, а, якщо вислів помилковий, то його позначають "0"і називають логічним нулем. До алгебри логіки входять: логічні операції, закони і слідства і вона виконує такі функції:

1.Дозволяє математично записувати логічні повідомлення і зв'язки між ними, що необхідні для визначення порядку і принципу роботи пристрою;

2.Дозволяє реалізувати логічні рівняння у вигляді логічних схем, тобто переходити від аналітичного опису процесу до його схемної реалізації у вигляді логічного автомату;

3.Дозволяє проводити реалізацію логічних автоматів в оптимальному вигляді (мінімальне число елементів, їх однорідність, надійність функціонування та інше).

Цей метод дозволяє математично описати будь-яку складну схему, не даючи її схемного зображення. Така математична формула схеми дозволяє проаналізувати її роботу і знайти оптимальний варіант. За допомогою алгебри логіки можна скласти схему, записавши математично всі необхідні умови роботи, і за цими умовами отримати рівняння схеми з мінімальним числом елементів. Таким чином, призначення алгебри логіки це:

-аналіз релейних схем, тобто визначаються умови роботи кожного реле і послі-

78

довності їх дії; - синтез схем, тобто побудова структурної схеми за заданими умовами її робо-

ти.

Методи аналізу і синтезу дають в загальному вигляді електричну схему з мінімально можливим числом реле і контактів. Остаточний вибір типу і параметрів апаратури має бути зроблений з врахуванням технічних, економічних і експлуатаційних чинників. В основу аналітичної форми запису релейних схем покладені такі позначення:

-- А, В, ..., X, У... - сприймаючі, проміжні і виконавчі елементи (зазвичай їх робочі обмотки);

-а, b, ..., х, у... – контакти, що замикаються;

-а + b - паралельне з'єднання контактів;

-аb – послідовне з'єднання контактів;

-1 – постійно замкнений ланцюг;

-0 - постійно розімкнений ланцюг;

-F - структурна формула всій схеми.

Користуючись цими позначеннями, можна практично для будь-якої схеми знайти математичну структурну формулу. У бульовій алгебрі існують чотири основні закони.

Від законів звичайної алгебри в бульовій алгебри є закон інверсії і розподільний закон відносно множення. При аналізі і спрощені структурних формул релейних пристроїв використовують слідства законів бульовій алгебри, основні з яких такі:

Основні закони і слідства теорії релейних схем справедливі для любого числа членів.

На практиці для аналізу складних релейних схем використовують: табличний метод; метод часових діаграм; метод осцилографування; аналітичний метод.

Таблицею істинності називається таблиця, що містить всі можливі комбінації значень вхідних змінних разом з відповідними їм значеннями вихідних змінних. При п вхідних і однією вихідною змінною таблиця має 2n строк і n+1 стовбців. Самий простий спосіб включення до таблиці істинності усіх можливих вхідних значень

79

складається в послідовному переборі у двійковій системі числення всіх чисел від 0 до 2n -1 і відповідних значень у.

Рисунок 1 - Схеми, що пояснюють закони бульової алгебри:

Часова діаграма дає уявлення про тривалість перехідних процесів і окремих тактів роботи схеми. Для кожного елементу виділяють свою вісь часу, паралельну осі абсцис. Відключений стан елементу змальовують прямою лінією, співпадаючою з віссю часу, а включене - прямою горизонтальною лінією на деякій довільній відстані вище осі часу. Спрацьовування елементу змальовують похилою лінією, що підвищується, а відпуск - похилою лінією, що знижується. Частину діаграми, що відповідає часу знаходження елементів під напругою, заштриховують.

Побудова систем автоматизації із застосуванням безконтактних логічних елементів можна вести шляхом перекладу релейних схем на безконтактні і шляхом безпосередньої розробки безконтактних схем на підставі заданих умов технологічного процесу.

Перший шлях передбачає наявність релейно-контактного варіанту схеми, перевіреного і придатного для практичної роботи. Якщо такого варіанту немає, то спочатку складають релейно-контактну схему, а потім перекладають її на безконтактні елементи. Цей шлях доцільний при побудові нескладних схем, особливо коли вже є навики створення релейно-контактних схем. За наявною релейно-контактною схемою складають структурні формули, причому в цій роботі можна виділити два етапи.

Перший етап. Виявляють вхідні елементи з контактами а, b, с, d, ..., виконавчі і проміжні елементи Z, Y, X...P з контактами z, у, х, ….р. Через вхідні елементи у функціональну частину схеми управління подаються вхідні сигнали. Вихідні сигнали поступають у виконавські елементи безпосередньо від вихідних або через проміжні елементи. Вхідні, проміжні і вихідні сигнали позначають так само, як і контакти відповідних елементів.

До вхідних сигналів відносять сигнали про стан кінцевих і проміжних вимикачів, кнопок управління, первинних перетворювачів, контролюючих процес, і тому подібне. Якщо є можливість, число вхідних сигналів скорочують, об'єднуючи ряд

80