методические указания по лабораторной работе / ЭЛСУ_ЭГД

Министерство науки, высшей школы и технической политики

Российской Федерации.

БИТТиУ.

Кафедра УИТ.

Лабораторная работа по курсу:

Элементы и устройства СУ.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭГД УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ.

Выполнили студенты группы УИТ 42В

Бармин А

Васенин А

Колчанов В

Манышев Ю

Проверил преподаватель

Токарев АН

Балаково 2002 г.

Цель работы: ознакомится с устройством и принципом действия электрогидродинамического усилителя мощности с ортогональным управлением, и освоить методику управления экспериментального исследования его статических и динамических характе­ристик.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.

При автоматизации технических систем часто возникает потребность в использовании специальных адаптеров интерфейса, способных обеспечить полноценное сопряжение управляющей и исполнительной подсистем путем соответствующего преобразователя рода энергии сигналов. К числу таких устройств относятся электрогидравлические преобразователи. В силу существенной разницы в уровнях мощности электрических управляющих и гидравлических выходных сигналов, названные устройства должны обеспечивать, наряду с преобразованием, одновременное усиление сигналов по мощности до требуемого уровня, то есть служить усилителями мощности.

Указанные функции успешно могут выполнять электрогидродинамические (ЭГД) усилители мощности, работающие по принципу непосредственного преобразования электрического сигнала в гидравлическую промежуточную стадию, что выгодно отличает их от других подобных устройств – аналогов. Особенно большим коэффициентом усиления по мощности обладает ЭГД усилитель мощности струйного типа с ортогональным управлением, отличающийся, к тому же, простотой конструкции.

Устройство и принцип действия такого ЭГД усилителя мощности (ЭГД УМ) можно рассмотреть на основе рис.1.

ЭГД УМ состоит из изолированного корпуса 1, имеющего входное сопло 2, служащее для подачи рабочей среды и формирования струи, и два выходных канала 3 и 4. внутри корпуса имеется полость 5 – проточная часть, где размещены электроды 6, 7, а также винт – контакт 8. один из контактов – 6 имеет форму иглы или лезвия, а другой – 7 выполнен в виде криволинейной поверхности радиуса R_Э, значение которого может в некоторых пределах регулироваться с помощью винта – контакта 8.

Усилитель работает следующим образом: при подаче через входное сопло 2 рабочей жидкости под некоторым давлением Р_П , внутри проточной части 5 формируется квазисвободная струя 9, распространяющаяся в направлении выходного канала 3, где возникает выходной гидравлический сигнал, мощность которого N_r P_П*Q_вых . Взаимное расположение электродов 5, 7 и струи 9 в междуэлектродном пространстве должно быть таким, чтобы влияние электродов на струю, в первую очередь электрода – стенки 7, было минимальным. При подаче на электроды 6,. 7 электрического напряжения U_у, между ними возникает электрическое поле, резко неоднородное вблизи острия. При достижении напряжением определенного значения U_K , между электродами появится коронный разряд и начнет протекать ток коронного разряда I_K , величина которого весьма мала, так как в качестве рабочей среды используются диэлектрические жидкости (например, трансформаторное масло). Наличие резконеоднородного электрического поля в диапазоне напряжений U_K U_Y U_ПР, где U_ПР – напряжение пробоя междуэлектродного промежутка приводит к возникновению ярко выраженного ЭГД – эффекта («электрического ветра»), воздействующего на струю в направлении криволинейного электрода 7. В зависимости от величины U_Y происходит соответствующее отклонение динамической оси струи от первоначального направления и перераспределение потока между выходными каналами 3 и 4, в результате чего мощность гидравлического сигнала на выходе канала 3 уменьшиться, а в канале 4 возрастет от 0 до некоторого значения. Одновременно с этим отклонение струи в направлении электрода-стенки 7 приведет к усилению притягивающего влияния этого электрода на струю (эффект Коанда), которое пропорционально кривизне траектории струи. Сочетание обоих эффектов – ЭГД и Коанда – обеспечивает существенное увеличение крутизны статической характеристики усилителя Q_вых = f (U_Y) и достижения значительного коэффициента усиления К_N по мощности:

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

Исследование статических и динамических характеристик ЭГД и УМ производится на специальном стенде, гидравлическая и электрические схемы которого изображены на рис. 2:

гидравлическая часть стенда содержит бак (Б) с рабочей жидкостью (техническое масло), насос (Н) для прокачки масла через систему, регулировочный дроссель (Д), обеспечивающий регулируемую подачу рабочей жидкости в исследуемый электрогидравлический усилитель мощности (УМ). Давление на входе ЭГД УМ контролируется с помощью манометра (М), возврат рабочей жидкости в приборах осуществляется через дренажный поддон (П).

Электрическая часть экспериментальной установки содержит управляющий высоковольтный источник (УВИ), напряжение с которого подается на электроды исследуемого ЭГД УМ через прерыватель Пр. Величина напряжения контролируется по киловольтметру (KV) , сила тока между электродами измеряется с помощью микроамперметра (А). Прерыватель Пр имеет электропривод, включающий электродвигатель переменного тока ДВ, частота вращения которого, а, следовательно, и частота колебаний управляющего напряжения ЭГД УМ, может регулироваться в достаточно широком диапазоне с помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТр).

При снятии статических характеристик контакты прерывателя Пр должны быть замкнуты, а ЛАТр отключен от сети.

Перед началом измерений управляющее напряжение УВИ должно быть снижено до нуля. После включения насоса Н, дросселем Д устанавливается входное давление Р_П так, чтобы в проточной части ЭГД УМ сформировалась однородная ламинарная струя, поступающая целиком в центральный выходной канал. При наличии установившейся струи производится главное увеличение управляющего напряжения U_Y на электродах ЭГД УМ до достижения порогового значения U_K начала коронного разряда, о чем можно судить по появлению коронного тока между электродами, приводящему к отклонению стрелки микроамперметра. Возникающий при этом коронный « ветер » будет воздействовать на струю. Изменяя управляющее напряжение U_Y в диапазоне U_K U_Y U_ПР и измеряя соответствующее отклонение струи от исходного положения, снимают статическую характеристику усилителя при заданном значении F_П: А =f (U_Y).

Указанные измерения следует производить не менее трех раз, как в направлении возрастания напряжения, так и в обратном; что позволяет исследовать статическую характеристику ЭГД УМ на наличие гистерезиса.

При проведении данных измерений не следует превышать значений управляющего напряжения, при которых появляются одиночные разряды или происходит « прилипание » струи к изогнутому электроду-стенке, ибо такие режимы выходят за пределы рабочей области ЭГД УМ.

Исследование динамических характеристик ЭГД УМ производятся на том же стенде. Установив ламинарный режим течения струи в проточной части ЭГД УМ, задают величину управляющего напряжения U_Y в пределах рабочего диапазона так; чтобы отклонение струи было близко к максимальному, но не приводило к прилипанию струи. Затем, включив ЛАТр в сеть, приводят в действие электродвигатель Дв. прерывателя Пр. Изменяя с помощью ЛАТра частоту вращения двигателя, значения которой фиксируются с помощью ручного тахометра, меняют частоту управляющего напряжения. Одновременно измеряют амплитудные значения величины отклонения струи от продольной оси. Увеличение частоты прерывателя производят до значений, при которых амплитуда колебаний струи становится меньше цены деления измерительной линейки. После этого выполняют те же измерения, изменяя частоту в сторону уменьшения.

Измерения производятся в обе стороны не менее трех раз, после чего строят амплитудно-частотную характеристику ЭГД УМ:

На оснований полученной АЧХ с помощью известных методов ТАУ быть получена также и фазочастотная характеристика (ФЧХ) усилителя:

:

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ.

1. Каков принцип действия ЭГД УМ.

2. Объяснить устройство и порядок работы на экспериментальной установке.

3. Как можно получить динамические характеристики ЭГД УМ.

4. Объяснить ход полученных характеристик.

5. Предложить варианты использования ЭГД УМ в САР.