21-22dok_toa / Лабораторні роботи / Методичка 2011

3.1.5 Задаючись лінійним переміщенням в межах від 0 до 15 мм через тиж інтервали зняти характеристику ППП U = f(l) при прямому та оберненому ході по однойменних точках з навантаженням R9.

3.1.6 Дослідні дані занести до таблиці 3, за якими побудувати статичні характеристики з якими визначити статичний і динамічний коефіцієнти чутливості за виразами:

- для лінійної статичної характеристики передатний коефіцієнт первинного перетворювача визначається як співвідношення вихідної величини XВИХ до вхідної

ХВХ:

- для нелінійної статичної характеристики передатний коефіцієнт визначається як відношення збільшення вихідного параметру ХВИХ і збільшенню вхідного параметру ХВХ:

3.1.7Встановити перемикачі SA3, SA5 та SA6 в початковий стан

3.2Дослід безконтактного малогабаритного шляхового вимикача ВБК - 08.

3.2.1Встановити перемикач SA5 в положення "1" (вимір напруги 25 В).

3.2.2Включити перемикач SA4.

3.2.3Задаючись лінійним переміщенням в межах від 0 до 40 мм визначити точку включення та виключення шляхового вимикача ВБК-08 (контроль робити по світловому інікатору HL2 та по вимірювальному приладу "РА")

3.2.4Міняючи відстань через 1 мм (до 15 мм) між сталевою пластиною та площиною безконтактного малогабаритного шляхового вимикача ВБК-08 повтороти дослід підпункту 3.2.3, а результати занести до таблиці 4.

21

3.2.5 Дослідні дані занести до таблиці 4, за якими побудувати статичну характеристику шляхового вимикача ВБК-08 та визначити зону спрацьовування вимикача.

Таблиця 4 – Експерементальні дані шляхового вимикача ВБК-08

дослід відстань КЕ від площини ВКБ-08 включення відключення

1

…

n

3.2.6Встановити перемикачі SA4 та SA5 в початковий стан

3.3Дослід первинного перетворювача зусиля.

3.3.1Встановити зусілля на тензодатчик рівним "0"

3.3.2Зовнішнім кільцем індикатору годинкового типу ИЧ-02 встановити цифрову шкалу на нульову відмітку (виміри робити по цифровой шкалі красного кольору).

3.3.3Встановити перемикач SA5 в положення "3" (вимір напруги 1 В).

3.3.4Включити перемикач SA2.

3.3.5При необхідності збалансувати вимірювальний міст із допомогою змінних резисторів R3 або R4 (вимірювальний прилад повинен показувати 0).

3.3.6Змінюя зусилля за вказаним викладачем інтервалом визначити переміщення вільного кінця тензодатчика по шкалі приладу ИЧ-02 та напругу по приладу РА.

3.3.7Дослідні дані занести до таблиці 5, за якими побудувати статичну

характеристику тензодатчику U = f( ).

Таблиця 4 – Експерементальні дані тензодатчику

3.2.6Встановити перемикачі SA2 та SA5 в початковий стан.

4.Виключити лабораторний стенд вимикачем SA1 (при цьому погасне індикаторна лампа (світлодіод) HL1).

5.Оформити звіт.

ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ

Звіт повинний мати:

1.Тему і мету лабораторної роботи.

2.Стислі теоретичні дані по даній темі.

3.Схему досліду.

4.Статичні характеристики первинних вимірювальних перетворювачів.

5.Розрахунки по визначенню передатних коефіцієнтів для реостатного первинного перетворювача і зони нечуйності для бесконтактного перемикача.

6.Висновки по лабораторній роботі.

22

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1.Для якої мети використовуються первинні перетворювачі переміщення?

2.Які існують конструктивні особливості тензорезисторів?

3.За якими схемами підключаються тензорезистори?

4.Яке фізичне явище покладено в роботу тензорезистору?

5.Пояснити принцип роботи потенціометричного первинного перетворювача?

6.Що представляє собою статична характеристика первинного потенціометричного перетворювача?

7.Що розуміється під коефіцієнтом чутливості первинного перетворювача?

8.Від чого залежить зона нечуйності потенціометричного первинного перетворювача з дротовим резистором?

9.Поясніть явище гистерезису в магнітних матеріалах.

10.Назвіть, які з досліджуваних первинних перетворювачів можуть використовуватися для безупинного контролю, а які для дискретного? Привести приклади застосування. Чому?

11.Поясните принцип роботи безконтактного кінцевого вимикача ВКБ-08. 12.Від чого залежить зона нечуйності безконтактних кінцевих вимикачів?

ЛІТЕРАТУРА

1.Бородин И.Ф. Основы автоматики и автоматизация производственных процессов / И.Ф. Бородин, Н.И. Кирилин - М.: Колос, 1977. - с. 96-102.

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

1982. - с. 57-60.

3.Ткачов В.В. Технічні засоби автоматизації. Навчальний посібник / В.В. Ткачев, В.П. Чернишов, М.М. Одновол. – Д.: Національний гірничий університет, 2007. –

177с.

4.Тензорезисторы. Общие технические условия. ГОСТ 21616-91 [Чинний від 01.01.1992. Дата актуалізації: 01.08.2009]. – М.: Комитет стандартизации и метрологии СССР, 1992. – 47 с. - Государственный стандарт СССР

5.Клокова Н.П. Тензорезисторы: Теория, методики расчета, разработки / Н.П. Клокова. – М.: Машиностроение, 1990. – 224 с.

6.Кудрявцев И.Ф. Автоматизация производственных процессов на фермах / И.Ф. Кудрявцев, О.С. Шкляр, Л.Н. Матюнина. - М.: Колос, 1976. - с. 38-40.

7.Електрооборудование животноводческих предприятий и автоматизация производственных процессов в животноводстве /Под ред. И.Ф. Кудрявцева. - М.: Колос, 1979. - с. 147-148 - (Учебник и учеб. пособие для с.-хоз. учеб. заведений).

23

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 04

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ СИСТЕМ ТЕЛЕСИГНАЛІЗАЦІЇ ТА ТЕЛЕКЕРУВАННЯ

Мета роботи: Ознайомитися з конструкцією, принципом дії і схемами включення сельсинів та провести дослідження сельсинів в індикаторному і трансформаторному режимах.

ПРОГРАМА РОБОТИ

1.Ознайомитися з конструкцією, вивчити режими роботи та основні технічні данні сельсинів.

2.Дослідити роботу однофазних сельсинів у індикаторному режимі.

3.Дослідити роботу сельсинів у трансформаторному режимі

4.Визначення несправності дистанційної індикаторної передачі кута на сельси-

нах.

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Сельсин (англ. selsyn, від англ. self - сам і греч. synchronos - одночасний, синхронний), електрична машина, що дозволяє здійснювати кутове переміщення валу будь якого пристрою або механізму відповідно до кутового переміщення іншого валу, механічно не пов'язаного з першим.

За принципом дії сельсин це поворотний трансформатор, у якого при обертанні ротору відбувається плавна зміна взаємної індуктивності між його обмотками - однофазною первинної (обмоткою збудження) і трифазною вторинної (обмоткою синхронізації). Залежно від виконуваних функцій (у системах "передачі кута") розрізняють сельсин - датчики (СД), сельсин - приймачі (СП) і диференціальні сельсини. Ротор СД механічно зв'язується з валом, що повертає, а в СП, електрично пов'язаного зі СД, поворот ротору синхронно і синфазно повторює поворот ротору СД. За допомогою диференціального сельсину алгебраїчно додають кутові переміщення двох механічно не зв'язаних між собою валів

Сельсини складаються із статору та ротору. Вони мають одну обмотку збудження і три обмотки синхронізації, зрушених на 1200 і з'єднані в зірку. Сельсини існують контактні і безконтактні.

Магнітна система контактних сельсинів може бути ніявнополюсною (рис. 2,

24

а,) або явнополюсною (рис. 2, б, в). Обмотка збудження може розташовуватися як на роторі, так і на статорі. Перша конструкція більш краща, тому що має тільки два кільця замість трьох.

Рисунок 2 - Конструктивні схеми контактних сельсинів

Більшим недоліком контактних сельсинів є наявність змінного контакту, перехідний опір якого може змінюватися в досить широких межах. Це знижує точність передачі кута і зменшує надійність роботи систем синхронного зв'язку.

Широке поширення одержали безконтактні сельсини, що не мають зазначеного недоліку.

Ротор -Р безконтактного сельсина (рис. 3) має два сталевих пакети, розділених немагнітним матеріалом - НМ (звичайно сплавом алюмінію). Пакети ротору шихтовані в поздовжньому напрямку. Статор складається із осередку - С і двох кілець - К. У пазах статору покладено обмотку синхронізації - ОС, яка виконана по типу трифазної. До кілець примикають пакети зовнішнього магнітопроводу - ВМ, те ж шихтованих у поздовжньому напрямку. Обмотка збудження - ОВ виконана у вигляді двох кільцевих котушок.

Магнітний потік, створений обмоткою збудження, замикається по шляху, показаному на рисунку 3. З одного пакету ротору він проходить через невеликий повітряний зазор у статор - С. Потім по його спинці проходить половину окружності й виходить в інший пакет ротору. Відбиваючись від косого зазору, він по кільцю - К і зовнішньому магнітопроводу - ВМ знову попадає в перший пакет ротору. При повороті ротору змінюється положення потоку збудження щодо обмоток синхронізації, тому ЕПС, яка індукується в них, буде залежати від кута повороту ротору так само, як і в контактному сельсині.

Рисунок 3 - Конструктивна схема и магнітний ланцюг безконтактного сельсина

25

Недоліком безконтактних сельсинів є гірше використання активних матеріалів. Їхня маса приблизно в 1,5 рази більше, ніж контактних. Пояснюється це більшими повітряними зазорами, внаслідок чого сельсини мають значні потоки розсіювання й більші струми, що намагнічують.

Сельсини використовуються в випадках: дистанційного керування та сигналізації, при передачі показань контрольно - вимірювальних приладів на відстань, при передачі на відстань кутових переміщень двох або декількох валів, незв’язаних механічно між собою, у випадках коли требо відтворювати із заданою точністю декартових величин (лінійне переміщення, кута повороту, швидкість оберту та інші).

Відповідно, сельсини використовується у дистанційних передачах, які само синхронізуються та у слідкуючих системах в якості первинного перетворювача кута непогодження. Синхронний зв’язок відбувається на трьохфазному та однофазному струмі:

-синхронний зв’язок на трьохфазному струмі використовується там, де необхідно використати синхронний оберт двох машин, які знаходяться на відстані при значних моментах опору двох механічно незв’язаних валів;

-синхронний зв’язок на однофазному струмі має велике поширення у схемах синхронної передачі кута, там де необхідно повернути на деякий кут механі-

чно незв’язані вали машин.

Сельсини є машиною оборотною, тобто він може працювати в режимі електродвигуна і генератору. У першому випадку він перетворює електричну енергію у механічну та несе назву "сельсин приймач" (СП); у другому випадку він перетворює механічну енергію в електричну та має назву "сельсин датчик" (СД), на схемах відповідно позначається – ВЕ та ВС. Обмотка ротору сельсина може живитися напругою змінного струму частотою 50, 400, 500 Гц та напругою 36…110 В.

Сельсин датчик кута непогодження як динамічна ланка є ідеально безінерційна ланка з коефіцієнтом передачі К2 (рис. 4)

К2 U2

П

Рисунок 4 - Зображення сельсин - датчика на схемах.

Принцип дії сельсина полягає в наступному. Обмотка збудження створює в повітряному зазорі між статором і ротором пульсуюче магнітне поле, розподілене за гармонійним законом уздовж окружності. Тому при повороті ротору по такому ж закону змінюється потокозчеплення взаємної індукції обмотки синхронізації і ЕРС, що наводиться в її променях

(1)

де i - номер лучачи (фази) обмотки синхронізації (i = 1, 2 або 3);

αД - кут між магнітними осями обмотки збудження та 1- го променя обмотки синхронізації (рис. 5, в);

Еm - найбільше значення ЕРС променя (коли він знаходиться на одній осі з обмоткою збудження).

26

Рисунок 5 - Умовне графічне зображення й літерне позначення сельсинів: а - безконтактного; б - контактного з обмоткою збудження на роторі (ZZ ВЕ - приймач, ВС - датчик); в - розгорнута схема

При цьому в контактному сельсині потокозчеплення обмоток збудження й синхронізації змінюється через їхній відносний поворот.

Використовуються такі сельсини:

Сельсин-датчик (СД) – це сельсин, збуджуваний однофазною напругою, на трифазній обмотці синхронізації якого виробляються напруги, амплітуди й фази яких визначаються кутовим положенням ротору відповідно до виразу (1).

Індикаторний сельсин-приймач (СПІ) – це збуджуваний однофазною напругою сельсин, кутове положення ротору якого визначається амплітудами та фазами напруг трифазної обмотки, що живиться від сельсина-датчика.

Трансформаторний сельсин-приймач (СПТ) - це сельсин, амплітуда та фаза напруги на однофазній обмотці якого визначаються амплітудами й фазами напруг на трифазній обмотці синхронізації, що живиться від сельсина-датчика.

Сельсин-фазообертач – це сельсин, на однофазній обмотці якого виходить напруга, фаза якого може регулюватися від 0 до 3600.

Напруга збудження сельсинів буває 6, 12, 27, 36, 40, 110 і 127 В частотою 50, 400, 500 і 1000 Гц.

Індикаторний режим роботи сельсинів. Індикаторним називають режим робо-

ти системи дистанційної синхронної передачі кутових переміщень від ведучого об'єкта до відомого, якщо на веденому валу малий момент навантаження (наприклад стрілка або шкала). При цьому індикаторний сельсин-приймач самостійно відпрацьовує кут, заданий ведучим об'єктом і пов'язаним з ним сельсином-датчиком.

27

Рисунок 6 - Структура індикаторної дистанційної передачі

Різниця кутових положень роторів СД і СПІ називають кутом неузгодженості

В обмотках синхронізації збуджених СД і СПІ наводяться ЕРС, що залежать від кутових положень їхніх роторів:

При наявності неузгодженості ці ЕРС неоднакові. Під дією різниці ЕРС Еi по променях обмоток синхронізації протікають струми

де Zос, Zлс - опір одного променя обмотки синхронізації й опір проводу лінії зв'язку між СД і СПІ.

У результаті взаємодії струмів І i з магнітними потоками обмоток збудження виникають відносно невеликі електромагнітні моменти МСД і МСП, однакові по величині, але протилежні по напрямку (тому що в однойменних променях обмоток синхронізації СД і СПІ струми протікають у протилежних напрямках). Ці моменти спрямовані убік зменшення неузгодженості, тому їх називають синхронізуючими. Ротор СД пов'язаний з валом ведучого об'єкту та не може повернути його. СПІ переборює невеликий момент навантаження і його ротор прагне повернутися в погоджене положення зі СД. Приймач відпрацьовує неузгодженість із деякою помилкою α, що залежить від моменту навантаження Мнг. Синхронізуючий момент сельсина це момент, що виникає на валу сельсина-приймача при неузгодженості індикаторної дистанційної передачі:

Сталий режим відповідає точкам 1 і 2, де Мс = Мнг. Однак при впливі навіть незначних збурювань режиму робоча точка піде із точки 2 у точку 1, тому що робота на спадній гілці характеристики нестійка.

Неузгодженість α = 180називається помилковим нулем, тому що синхронізуючий момент відсутній, хоча неузгодженість є. Робота в цій точці також нестійка. Для забезпечення однозначного відпрацьовування неузгодженості в одноканальних системах використовуються тільки двополюсні сельсини.

Робота сельсина-приймача в індикаторному режимі характеризується наступними основними показниками:

а) максимальний синхронізуючий момент МСМ – найбільший за абсолютним значенням синхронізуючий момент сельсина на напівперіоді неузгодженості індикаторної дистанційної передачі. Він пропорційний квадрату напруги збудження й зменшується зі збільшенням опору обмоток синхронізації й лінії зв'язку. Цей момент істотно впливає на точність відпрацьовування неузгодженості (рис. 7). Тому неприпустиме велике зниження напруги збудження та великий опір (довжина) лінії зв'язку;

б) питомий синхронізуючий момент сельсина m з – синхронізуючий момент сельсина, що приходиться на одиницю кута неузгодженості від положення узгодження індикаторної дистанційної передачі:

28

Він характеризує крутість наростання синхронізуючого моменту при неузгодженості сельсинів;

Рисунок 7 - Синхронізуючий момент сельсина

в) похибка проходження індикаторної дистанційної передачі на сельсинах І

– відхилення кута повороту ротору індикаторного сельсин - приймача від кута повороту сельсина-датчика в положенні узгодження (визначається як найбільша за абсолютним значенням похибка у межах оберту ротору):

Похибка викликана наявністю моменту опору (навантаження) на валу СПІ, тертям у приймачі і вищих гармоніках моментів через деяку несінусоідальність магнітного поля. Точніше - безконтактний сельсин, тому що він не має ковзних контактів. Величиною І визначається клас точності індикаторного СПІ: 30, 45, 60, 90 і 150 кутових хвилин. Це чимала похибка, тому індикаторна дистанційна передача на сельсинах не відрізняється високою точністю;

г) кількість приймачів N, що працюють від одного датчика в системі багаторазового прийому, обмовляється в технічних даних сельсинів, тому що збільшується похибка СПІ через зниження питомого синхронізуючого моменту приймача:

д) динамічний синхронізуючий момент МС.ДИН - це синхронізуючий момент СПІ при роботі системи, що стежить, у процесі обертання. Він знижується в порівнянні із синхронізуючим моментом при повороті через наведення в обмотках синхронізації ЕРС обертання. Динамічний синхронізуючий момент визначають по формулі:

де n – частота обертання ротору, n1= 60f1/р – умовна синхронна швидкість, об/хв. Чим вище швидкість обертання, тим менше синхронізуючий момент і більше похибка. Тому в технічних даних сельсинів обмовляється максимальна швидкість обертання. Для забезпечення спостереження при великій швидкості обертання ви-

29

бирають сельсини підвищеної частоти, щоб відношення n/n1 було невеликим;

Рисунок 8 – Динамічний синхрозуючий момент

е) час заспокоєння приймача tв – це час відпрацьовування кута неузгодженості ±179 . Він характеризує швидкодію та коливальність СПІ та звичайно не перевищує 3 секунди. Перехідний процес руху ротору може бути коливальним або аперіодичним залежно від співвідношення кутової частоти власних коливань і коефіцієнту загасання коливань. Установкою повітряного демпферу (заспокоювача коливань) на валу СПІ прагнуть забезпечити аперіодичний перехідний процес. Так що в динамічному режимі СПІ можна вважати аперіодичною ланкою.

Трансформаторний режим роботи сельсинів. Трансформаторним називають режим роботи системи дистанційної синхронної передачі кутових переміщень від ведучого об'єкта до відомого, коли на відомому валу великий момент навантаження. При цьому трансформаторний сельсин-приймач служить лише вимірником неузгодженості α = αд - αп.

Рисунок 9 - Структура трансформаторної дистанційної передачі

В цьому режиму СД функціонує так само, як і в індикаторному режимі: магнітний потік обмотки збудження наводить в обмотці синхронізації електрорушійні сили відповідно до виразу (1). Ці ЕРС викликають струми в променях (фазах) обмоток синхронізації датчика та приймача. Струми створюють пульсуючі магнітні потоки. Потік обмотки синхронізації СПТ має незмінну амплітуду Фnm і повернуто у просторі на кут - α щодо магнітної осі обмотки збудження СД:

Цей потік наводить у вихідній обмотці приймача ЕРС і напругу на затискачах, амплітуда яких визначається величиною кута неузгодженості, а фаза - знаком цього кута. Сигнал вихідної обмотки СПТ вимірюється електронним вольтметром.

Для забезпечення логіки спостереження вихідну обмотку СПТ необхідно зру-

30