21-22dok_toa / Лабораторні роботи / Методичка 2011

шити на 90у просторі щодо обмотки збудження СД. Тоді вихідна напруга СПТ буде змінюватися за наступним законом (рис. 10):

Рисунок 10 - Вихідна напруга трансформаторного сельсина-приймача

Робота сельсина-приймача в трансформаторному режимі характеризується такими основними показниками:

а) максимальна вихідна напруга трансформаторного сельсина-приймача U2m – найбільша електрична напруга на виводах вихідної обмотки трансформаторного сельсина-приймача при неузгодженості дистанційної передачі. Воно залежить від тих же факторів і так само впливає на погрішність, як і Мсm в індикаторному режимі; б) крутість сельсина-приймача трансформаторної дистанційної передачі SС – це зміна вихідної напруги на одиницю кута неузгодженості сельсина-приймача в

положенні узгодження трансформаторної дистанційної передачі:

Крутість визначається як відношення вихідної напруги сельсина – приймача до кута неузгодженості дистанційної передачі в межах 5 ;

в) похибка проходження трансформаторної дистанційної передачі на сельсинах Т - відхилення кута повороту ротору трансформаторного сельсина-приймача від кута повороту сельсина-датчика в положенні узгодження. Визначається як найбільша за абсолютним значенням похибка у межах оберту ротору:

Похибка у СПТ менше, ніж у СПІ, тому що тут не позначається момент тертя приймача;

г) залишкова ЕРС сельсина-приймача ЕОС – ЕРС на виводах вихідної обмотки при нульових положеннях ротору СПТ. Це помилковий сигнал неузгодженості;

д) асиметрія нульових положень сельсина α – найбільше за абсолютним значенням кутове відхилення дійсних нульових положень ротору від теоретичних.

Кількість приймачів, що працюють від одного датчика, і частота обертання при спостереженні в трансформаторному режимі оцінюються так само, як і в індикаторному режимі. Трансформаторний СП у динамічному режимі розглядають як пропорційну ланку.

Робота сельсину в режимі фазообертача. Якщо до обмотки синхронізації пі-

двести симетричну трифазну систему напруг (тобто три напруги однакової величи-

31

ни, зрушені по фазі на 120 ), то в повітряному зазорі сельсина утвориться кругове обертове магнітне поле. Це поле наводить ЕРС в обмотці збудження. В ідеальному випадку величина цієї ЕРС постійна. Однак тимчасова фаза ЕРС і напруги на затискачах обмотки збудження буде визначатися кутовим положенням ротора α:

причому j = α.

Якщо ротор повертати в діапазоні α = 0…360 , то і фаза ЕРС буде змінюватися в цих же межах. Після установки необхідної фази варто зафіксувати ротор сельсину.

ОПИС ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДУ

Лабораторний стенд складається з базового та виносного стендів (виносний стенд знаходиться на відстані від базового стенду) та включає такі елементи, принципова електрична схема представлена на рис. 11:

Рисунок 11 - Принципова електрична схема стенду досліду режимів роботи сельсин пари (сельсин датчика та сельсин приймача

-сельсин датчик (ВС) базовий стенд, відповідно обмотка статора (С1…С3) та обмотка ротора (В1, В2);

-сельсин приймач (ВЕ) базовий стенд, відповідно обмотка статора (С1…С3) та обмотка ротора (В1, В2);

-комутаційної апаратури SА1…SА9, SQ. SА1 – загальне включення лабораторного стенду, SА2 – перемикач підключення змінної напруги 110 В обмотки збудження роторів сельсин датчика та сельсин приймача, SА3 – перемикач підключення змінної напруги фіксатор ротору сельсин приймача; SА4 – перемикач для виконання штучного обриву фазової відмітки ротору сельсин датчика; SА5 – перемикач для виконання обриву лінії зв’язку сельсинами; SА6 – перемикач (з се-

32

реднім положенням) для виконання розгалужування ліній зв’язку між сельсинами (1 – розгалужування, 2- узгодження, 3 – обрив); SА7 – перемикач для утворення трансформаторного або індикаторного режиму роботи сельсин пари; SА8

– перемикач включення живлення для вимірювального приладу PV1; SА9 – перемикач (з середнім положенням) для підключення опору навантаження (RНАВ.1, RНАВ.1 або без навантаження); SQ – кінцевий перемикач, який спрацьовує при фіксації ротора сельсин приймача;

-резисторів навантаження RНАВ.1 та RНАВ.1;

-індикаторної лампи HL2 "фіксатор";

-запобіжника FU; світлової сигналізації включення лабораторного стенду HL1;

-трансформатору живлення TV;

-вимірювальних приладів РА1 та РV1 (мультиметр в режимі виміру змінної напруги).

Для виконання дослідів необхідно включити перемикач SА1 при цьому засві-

титься HL1.

ВИКОНАННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ

Основні характеристики сельсинів, що приймають участь в лабораторній роботі представлені в таблиці 1.

Таблиця 1 - Основні характеристики сельсинів

1. Перевірити положення перемикачів SA2, SA3, SA8 - вимкнуто, SA4 та SA5 – включено; SA6 в положенні "2", SA7 – в будь якому стані, SA9 –в нейтральному стані;

2. Включити лабораторний стенд вимикачем SA1 (при цьому загориться індикаторна лампа (світлодіод) HL1);

3.Зробити досліди сельсинів.

3.1Дослід індикаторного режиму роботи сельсинів

3.1.1Встановити перемикач SA7 в положення "Індикаторний"

33

Зняття кривої помилок

3.1.2Встановити перемикач SA2 в положення "Включено" - подати на обмотки роторів СД та СПІ змінну напругу 110 В.

3.1.3Встановити в ручну нульові значення на шкалах СД, а потім і на СПІ.

3.1.4Обертаючі ротор СД у межах одного оберту в напрямку с початку по го-

динниковій стрілці ( ) через кут 30 , а потім проти ( ) визначити показники кута

Таблиця 2 – Експериментальні данні різниці кутів обертання кут обертання 0 30 … 330 360

α

α

Визначення часу заспокоювання сельсина-приймача

3.1.5Встановити перемикач SA2 в положення "Виключено"

3.1.6Встановити нульове значення положення роторів датчика та приймача (ротор СД загальмований редуктором)

3.1.7При вимкненій напрузі повернути ротор приймача на 180 .

3.1.8Встановити перемикач SA2 в положення "Включено"П та одночасно ввімкнути секундомір. Експеримент повторити тричі, визначивши час заспокоювання сельсина-приймача як середнє із серії випробувань.

3.1.9Встановити перемикачі SA2 в початковий стан

3.2 Трансформаторний режим роботи сельсинів

Зняття залежності вихідної напруги від кута непогодження

3.2.1Встановити перемикач SA7 в положення "Трансформаторний"

3.2.2Перемикачем SA8 включити живлення мультиметру виносного стенду.

3.2.3Встановити перемикач SA2 в положення "Включено" - подати на обмотки роторів СД змінну напругу 110 В.

3.2.4Встановити ротор СПТ в нульове значення та зафіксувати його, включивши перемикач SA3 (загориться світлодіод HL2)

3.2.5Обертаючі ротор СД у межах одного оберту в напрямку по годинниковій

стрілці через кут 30визначити відповідну напругу на виводах обмотки збудження ротору СПТ. Отримані значення напруги записати в таблицю 3. Досліди провести без навантаження (SA9 –в положенні "0"), та з навантаженням (SA9 –в положенні

"1" та "2").

Таблиця 3 - Залежності вихідної напруги від кута непогодження

Визначення остаточної напруги та кута помилки асиметрії

3.2.6 Обертаючі ротор СД визначити мінімальне значення напруги обмотки збудження ротору СПТ, яка має назву остаточна напруга та характеризує собою похибку нульового сигналу сельсин пари.

34

3.2.7Узгодити нульове значення шкали приймача з мінімумом вихідної на-

пруги.

3.2.8Повернути ротор СД при загальмованому роторі СПТ на кут рівний 180 . Теоретично при цьому вихідна напруга знов повинна бути мінімальною. Повертаючи ротор СД на деякий кут в ту або іншу сторону знайти мінімальне значення напруги. Величина цього кута і характеризує помилку асиметрії.

3.2.9Встановити перемикачі SA2, SA3 SA8 та SA9 в початковий стан.

4.Визначення несправностей дистанційної індикаторної передачі кута на сельсинах.

4.1Обрив ланцюга збудження сельсин приймача.

4.1.1Виконати пункти 3.1.1-3.1.3

4.1.2 Встановити перемикач SA7 в нульове положення.

4.1.3Обертаючі ротор СПІ в межах від 0 до 360 утримуя ротор СД не рухомим. Записати результати досліду.

4.2Обрив ланцюга збудження сельсин датчика.

4.2.1Встановити перемикач SA7 в положення "Індикаторний".

4.2.2Вимкнути перемикач SA4. Записати результати досліду.

4.3Обрив ланцюга фозової відмітки ротору.

4.3.1Вимкнути перемикач SA5.

4.3.2Обертаючи ротор СД в будь якому напрямку від 0 до 360 .

4.3.3Записати результати досліду.

4.4Зміна фази статорних обмоток.

4.4.1Встановити перемикач SA6 в положення "1".

4.4.2Обертати ротор СД в одному напрямку, а потім в іншому.

4.4.3Записати результати досліду.

4.5Обрив двох статорних обмоток.

4.5.1Встановити перемикач SA6 в положення "0".

4.5.2Записати результати досліду.

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

6.Оформити звіт.

ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ

Звіт повинний мати:

1.Тему і мету лабораторної роботи.

2.Стислі теоретичні дані по даній темі.

3.Схему досліду.

4.Паспортні данні сельсин пари

5.По даним таблиці 2 будується крива помилок сельсин-датчика в індикаторному режимі та визначається його клас точності, обчислюючи для цього максимальну по-

милку МАХ, яка дорівнює напівсумі модулів плюсових та мінусових максимальних помилок.

В залежності від MAX сельсин пари розподіляються на три класи точності:

35

6. По даним таблиці 3 побудувати графіки залежностей UВИХ = f( ) при RН = ,

RНАВ.1 та RНАВ.2 та проаналізувати їх. 7. Висновки по лабораторній роботі.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1.Призначення, типи та конструкція сельсинів.

2.Я побудовано контактні і безконтактні сельсини?

3.Які переваги та недоліки контактних і безконтактних сельсинів?

4.Які основні вимоги до конструкції сельсинів?

5.В чому принципова різниця між індікаторним і трансформаторним режимами?

6.Яким чином виконується зв’язок пари сельсинів?

7.Які існують режими роботи сельсинів?

8.Поясніть індикаторний, трансформаторний режими роботи сельсинів та режим фазообертача.

9.Що розуміється під статичною помилкою сельсинів у індикаторному режимі роботи?

10.Що таке статична помилка сельсинів у індикаторному режимі.

11.Що представляє собою остаточна напруга та помилка асиметрії сельсинаприймача? Як визначаються ці параметри?

12.Що розуміється під класом точності сельсин пари?

13.Як пояснить роботу і характеристики сельсинів в різноманітних режимах?

14.Які показники характеризують роботу сельсинів в різноманітних режимах?

15.Чим визначається похибка індикаторного і трансформаторного режимів роботи сельсинів?

ЛІТЕРАТУРА

1.Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. Учебник для Вузов Изд. 4-е перераб. и доп. / Н.Н. Иващенко. - М.: Машиностроение,

с. 86-91.

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

1982. - с. 75-82.

3.Хрущев В.В. Электрические машины систем автоматики: Учебник для вузов.

–2-е изд., перераб. и доп. / В.В. Хрущев. – Л.: Энергоатомиздат. Леннигр. отд-ние,

1985 – 368 с.

4.Конспект лекцій з дисципліни "Теоретичні основи автоматики".

36

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 05

ДОСЛІДЖЕННЯ МАГНІТНОГО ПІДСИЛЮВАЧА, ЯК ПРОПОРЦІЙНОЇ ЛАНКИ АВТОМАТИКИ

Мета роботи: Ознайомитися з конструкцією і принципом дії магнітного підсилювача (МП) та дослідження його характеристик в різноманітних режимах роботи.

ПРОГРАМА РОБОТИ

1.Зробити дослід магнітного підсилювача без обмоток зміщення і зворотного зв’язку і зняти залежність струму навантаження IНАВ від струму керування IКЕР, I1НАВ

=f(IКЕР).

2.Зробити дослід магнітного підсилювача з обмоткою зміщення при зміні по-

лярності напруги UЗМ і, знявши характеристику I2НАВ = f(IКЕР) впевнитися, що в даному випадку МП стає чутливим до полярності керуючого сигналу.

3. Зробити дослід магнітного підсилювача з зовнішнім зворотнім зв’язком і

визначити залежність I3НАВ = f(IКЕР).

4. Зробити дослід магнітного підсилювача в релейному режимі і визначити за-

лежність I4НАВ = f(IКЕР).

5. УНДРС. Визначити експериментальне значення постійної часу магнітного підсилювача.

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

В сучасних системах автоматики для керування виконавчими механізмами необхідна потужність, що в багато разів перевищує вихідну потужність сигналу первинних перетворювачів. Для підсилення сигналів застосовуються різні типи підсилювачів. В сільськогосподарській автоматиці використовуються, головним чином, електромеханічні, магнітні, електронні і гідравлічні підсилювачі, значно рідше - пневматичні, іонні і електромашинні.

Магнітними ці підсилювачі звуться тому, що принцип їх дії заснований на використанні залежності магнітної проникності феромагнітних матеріалів при змінному струмі від постійного струму, що підмагнічує.

Із збільшенням постійного підмагнічування магніту проникність магнітопроводу зменшується, відповідно, зменшується індуктивний опір обмотки змінного струму, який пропорційний магнітній проникності, а струм і напруга на навантаженні, увімкненому послідовно з цією обмоткою, збільшуються.

Струм в колі навантаження визначається:

де R та RН - відповідно активні опори робочої обмотки МП, навантаження;

L та ХН - відповідно, реактивний опір робочої обмотки МП та навантажен-

ня.

У магнітному підсилювачі зміна керуючого сигналу постійного струму приводить до зміни вихідного сигналу змінного струму. Схема дросельного магнітного

37

підсилювача наведена на рис. 1.

Рисунок 1 - Схема електрична принципова дросельного магнітного підсилювача

Він складається із двох сердечників, виготовлених зі спеціальної електротехнічної сталі, петля гістерезису якої близька до прямокутної форми. На кожне стержень намотана робоча обмотка. Обмотка керування намотана відразу на обидва стержня. Обмоток керування може бути кілька. Така конструкція при зустрічному включенні робочих обмоток WP1 і WP2 запобігає наведенню змінного струму в обмотках керування WКЕР. Послідовно з обмоткою WP включено резистор R1, що є навантаженням магнітного підсилювача. Потенціометром R2 задається сигнал керування. На рисунку 2 наведено схема заміщення робочого ланцюга МП.

Рисунок 2 - Схема заміщення ланцюга змінного струму магнітного підсилювача (R активний, а XL індуктивний опір)

У магнітному підсилювачі величина індуктивного опору XL змінюється під впливом сигналу керування. Якщо зневажити активним опором робочих обмоток, то для схеми заміщення можна одержати рівняння:

(2)

З рівняння (2) видно, що струм навантаження I = Uar при зміні величини індуктивного опору, що розраховується по формулі:

(3)

де f - частота живлячої напруги,

L - індуктивність робочих обмоток.

У свою чергу:

(4)

де WP - число витків робочих обмоток, S - площа розрізу магнітопроводу,

l - середня довжина магнітної силової лінії сердечника, - магнітна проникність заліза осереддя.

Магнітна проникність визначається крутістю петлі гістерезису.

38

Рисунок 3 - Петля гістерезису в магнітопроводі з електротехнічної сталі

З рисунка 3 видно, що:

(5)

де В - магнітна індукція, Н - напруженість магнітного поля.

Припустимо, що залежність В = f(Н) однозначна. Вона показана на рис. 3 пунктирною лінією. Якщо на ній взяти дві різних ділянки за умови, що Н1 = Н2, то для них буде справедливо умова, що В1 > B2 , отже 1 > 2.

Магнітний стан осереддя при підмагнічуванні постійним струмом визначається по граничній петлі гістерезису, при підмагнічуванні змінним токовищем по приватних циклах петлі гістерезису. Причому, при збільшенні напруги, що живить робочі обмотки, часткові цикли наближаються до граничної петлі. При відповідній величині живлячої напруги перемагнічування змінним струмом також відбувається по граничній петлі гістерезису. Для однозначної залежності B = f(H), наведеної на рис. 4 (характеристика 1), при керуючому сигналі H= = 0 і часткового циклу, далекому від насичення (характеристика 2), магнітна проникність, а отже й індуктивний опір, максимальні. B цьому випадку струм навантаження, відповідно до формули (3), буде мінімальним і називається струмом холостого ходу IХХ.

При подачі сигналу керування на обмотку WКЕР в одному із осердь відбувається додавання магнітних потоків від постійного та змінного струмів, в іншому - вони віднімаються. Через півперіоду вони міняються місцями. В тому осерді, де в даний напівперіод потоки складаються, вихідна точка для часткових циклів визначається сигналом керування, що створює відповідну напруженість магнітного поля H=1 і індукцію B=1 на граничній петлі гістерезису (характеристика 3 на рис. 4).

Нове положення часткових циклів на граничній петлі гістерезису приводить до зменшення магнітної проникності і індуктивного опору ХL робочих обмоток. Струм в навантаженні, відповідно до формули (2), зросте.

Якщо сигнал керування змістить вихідну точку для часткових циклів петлі гістерезису на ділянку насичення граничної петлі гістерезису (характеристика 4, рис. 4), то = 0, ХL= 0, а струм навантаження досягне максимального значення. Отже, струм навантаження визначається, як:

39

(6)

Коефіцієнт підсилення струму КІ у дросельному магнітному підсилювачі є величина змінна.

Рисунок 4 - Крива намагнічування осереддя при одночасній дії постійного й змінного струмів

Припустимо, що матеріал сердечника має ідеальну петлю гістерезису, тобто вона однозначна й прямокутна. У цьому випадку, коли Н= = 0, = і ХL = осереддя не насичене, а при Н= 0, = 0 і ХL = 0, осереддя насичене. Таким чином, індуктивний опір робочих обмоток при ідеальній петлі гістерезису має два стійких стани: або воно дорівнює нулю, або дорівнює нескінченності.

У магнітному підсилювачі робочі обмотки включаються зустрічно, тому при позитивній напівхвилі живлячої напруги в режим насичення входить одно осереддя, при негативної - інше. Коли осереддя входить у насичення, спадання напруги на обмотці, наприклад WР1, близько до нуля. У цей же час обмотка на другому осередді, якщо виконується умова:

(7)

стає як би закороченою і МП переходить у режим ідеального трансформатору. Тому в обмотку керування індукується робоча напруга. Для такого трансформатору, відповідно до закону повного струму, справедливе співвідношення:

(8)

де iР = eР /RР, eР - ЕРС живлячої напруги.

З рівняння (8) можна визначити коефіцієнт підсилення дросельного МП по струму:

(9)

Отже, коефіцієнт підсилення дросельного МП залежить від відношення числа витків обмоток керування і робочої.

Коефіцієнт підсилення дросельного МП обмежений його конструктивними параметрами. Для збільшення KI магнітного підсилювача його схему доповнюють позитивним зворотним зв'язком по струму. Він може бути зовнішнім та внутришнім. Зовнішній зворотний зв'язок (рис. 5) виходить за рахунок випрямлення стуму навантаження вентилями VD1…VD4 і подачі його на додаткову обмотку WЗЗ, аналогічну

40