Разработка первичного преобразователя_Для системы контроля вибрации технологического оборудования / Зписка / 8 в 1

Ртр = (Uист)²С1f(27,6 - 62^3-n - 1,2(0,25)^{(n - 1)/2}) =

= (2666)²309010^-126250(27,6 - 6 ^. 2⁰ - 2,52 0,25²) = 2924 Вт

Поскольку мощность блочного трансформатора значительна превышает мощность выбранного ТВС-90ЛЦ2-1 согласованный режимы принципиального технико-экономически расточителен и от него за счет понижения емкости конденсаторов.

Посчитаем коэффициент полезного действия использования блочного трансформатора при питании умножителя напряжения.

=0,04

Полученный коэффициент полезного действия отражает долю мощности блочного трансформатора, который поступает через него в нагрузку.

Посчитаем мощность каждого трансформаторного блока по формуле.

Ртр бл=P/Nтр=17/1=17 Вт

Рассчитаем мощность каждого блочного трансформатора.

Pбл=Pтр бл/=17/0,035=485,7 Вт

Поскольку мощность выбранного трансформатора 110 Вт, то одного трансформатора мало, есть два метода данной решения проблемы.

 либо выбирать другой питающий трансформатор.

 либо параллельно включать несколько трансформаторов.

Выбираем второй путь.

Считаем количество трансформаторов в каждом блоке.

n_{тр твс}= Pбл/Pтр=4,41

Выбираем n_{тр твс}=5.

Посчитаем мощность накачки от конвертора низковольтного в каждом трансформаторе блока по формуле

Ртр инд=Р бл/ n_{тр твс}=485,7/ 5=97,14 Вт

Поскольку получили мощность меньше 110 Вт, исходя из рекомендаций в качестве генератора накачки, выбираем мультивибратор Ройра.

На расчетную блочную мощность посчитаем мощность умножителя напряжения.

С₁= Ртр инд /U² истf(27,6-6 2^3-n-1.2 0.25^(n-1)/2)=513,310^-12 Ф,

С₁ = С₂

С₃ = 256,6510^-12 Ф,

Полученые значения емкостей соответствуют блочной мощности трансформатора, но не в чисто согласованном режиме, а с уходом от него и сотавляют нижнюю границу значений емкостей.

Согласованный режим.

С₁=С₂=3090 пФ>C₁=C₂>513,3пФ;

С₃=1545 пФ>C₃>256,65 пФ;

Поскольку определяющим фактором является мощность блока трансформаторов, то выбираем правое значение вилки, но поскольку номиналы не стандартны, конденсаторы набираются в виде батарей последовательно-паралеллельно включенных стандартных конденсаторов.

Набираем батарею конденсаторов.

Выбираем емкость типа К15-4 с номинальным напряжением.

Uс >= 2Uтр = 6,00 кВ,

Набираем батареи конденсаторов.

С₁₁=250 пФ, C₁₂=250 пФ, С₁₃=15 пФ.

С₂₁=250 пФ, С₂₂=55 пФ.

Выбираем высоковольтные диоды для умножителя напряжения по двум параметрам:

прямой ток по формуле.

,

пробойное напряжение.

Uобр  2Uист = 22666 = 5332 В.

Исходя из справочных материалов выбираем Д1007 в сухом исполнении с параметрамиUобр=8 кВ, I=30 А

Зачтено: код 10430928002.

Высоковольтный усилитель напряжения

РАСЧЕТ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ

.1 Общие сведения о системе с распределенными параметрами.

Система с распределенными параметрами  это система, в которой практически все сигналы, особенно входные и выходные, зависят от пространственных координат и времени.

Система с распределенными параметрами может описывать следующие среды: электромагнитные поля, электростатические поля, течение жидкости, пневмогидравлические, тепловые поля, гравитационное поле.

Система с сосредоточенными параметрами является частным случаем системы с распределенными параметрами, и вводятся для упрощения понятия и решения задач на первом нулевом этапе.

Все природные явления описываются семью дифференциальными уравнениями в частных производных:

 уравнение теплопроводности;

 уравнение Пуассона;

 уравнение колебаний стержня (продольные, поперечные, уравнения колебаний струны);

 функции Грина;

 нормирующая функция;

 собственная функция;

 собственные числа;

 континуальные передаточные функции.

Основной характеристикой системы с распределенными параметрами является континуальная передаточная функция, которая представляет собой отношение выходной величины к входной по Лапласу в привязке к конкретной точке.

В задаче выходная функция обозначается Q(x,t),

где x – трехмерная перемененная в декартовых, цилиндрических, сферических координатах.

f(x,t) - входная координата, описывающая среду и зависящая от трех переменных и t.

Основное уравнение задачи записывается в виде:

l (Q( x,t ))=f( x,t ); x  D; t  t_0, ( )

где l - оператор дифференциального уравнения.

Данная формула - формула, преобразовывающая выходные величины Q (порядок производных, их количество в координатах).

Каждой задаче придаются краевые и граничные условия:

Г(Q(x,t))=g(x,t); x  D; t > t_0, ( )

где Г - оператор граничных краевых условий.

Для того чтобы решить задачу, необходимо знать значение t в каждой точке на границе краевых условий.

g - входное воздействие на границе в каждый момент времени t.

Начальные условия для задачи записываются в виде:

N(Q(x,t))=Q₀(x); x  D, t = t₀, ( )

где N - определяет начальные условия;

Q₀ - значение искомой функции в заданный момент времени t₀.

В указанном виде система дифференциальных уравнений, включающая уравнение ( ) и условия ( )  ( ), не разрешима.

Рассмотрим стандартную форму записи ( ) (нулевые граничные и начальные условия):

( )

где при нулевых начальных условиях (x,t) - стандартная функция.

(x,t)=f(x,t), при Г=0 и N=0.

Стандартная функция есть выходное воздействие на среду при нулевых начальных и граничных условиях.

Функция Грина - функция источника, которая равна выходному сигналу.

G(x,t)=Q(x,t) при f(x,t)=(x-), (t-), ( )

где (x-) - пространственная -функция;

(t-) - функция по времени;

x - координата входного возмущения, куда ударила -функция по времени и по пространству;

 - координата точки отклика от удара.

С учетом этого выражение ( ) можно записать:

L(G(x,,t,))=(x-)^(t-)

Г(G(x,,t,))=0 ( )

N (G(x,,t,))=0

Функция Грина G(x,t) является второй основной характеристикой искомого уравнения.

Зная две характеристики, можно найти выходную функцию по выражению:

( )

Данное выражение представляет собой четырехкратный интеграл.

Если задача статическая, то есть в уравнении отсутствует время t, то ее можно записать в виде:

l(Q(x,t))=f(x), xD ( )

Г(Q(x))=g(x), xD ( )

Начальное условие: N=0.

Стандартная форма записи будет выглядеть в виде:

l(Q(x))=(x), xD

Г(Q(x))=0, xD

при однородных (нулевых) граничных условиях.

Функция Грина такой задачи удовлетворяет системе уравнений:

l(G(x,))=(x-), xD, D

Г(G(x,))=0,

где x - координаты возмущения (входные);

 - координаты отклика (выходные).

Решение задачи в этом случае выглядит следующим образом:

( )

Данный интеграл - трехмерный интеграл.

Бывают задачи, в которых отсутствуют пространственные координаты, но есть процесс по времени. В этом случае задача записывается следующим образом:

l(Q(t))=f(t), t>t₀

N(Q(t))=Q₀

Стандартная форма записи:

l(Q(t))=(t), tt₀

N(Q(t))=0

Функция Грина:

l(G(t,))=(t-)

N(G(t,))=0

Решение записывается в виде:

( )

Для целей управления и синтеза систем управления исходя из теории автоматических систем практически всегда необходимо знание передаточной функции.

В теории системы с распределенными параметрами вводится понятие, так называемой, континуальной передаточной функции (точечной передаточной функции), то есть передаточной функции в предельных областях D, когда возмущение подается на среду в точке x, а реакция регистрируется в точке .

Континуальная передаточная функция выражается следующим образом:

( )

По сути дела континуальная передаточная функция - это преобразование Лапласа функции Грина, то есть континуальная передаточная функция является производной и определяется по функции Грина, то есть достаточно знать для решения любой задачи по СРП две функции: нормировочную функцию и функцию Грина.

Теория систем с распределенными параметрами включает в себя так называемый структурный метод теории автоматического управления, который подразумевает операции с распределенными блоками:

 блоки соединяются последовательно;

 блоки соединяются параллельно;

 блоки соединяются обратной связью.

В связи с этим вводится понятие операторного изображения выходной величины. В теории распределенных блоков выходная величина:

( )

где  изображение по Лапласу выходной величины решаемой задачи;

 континуальная передаточная функция (из справочников);

 изображение по Лапласу нормировочной функции

Если из нормировочной функции можно выделить в явном виде компоненту входной координаты:

( )

то уравнение перепишется в следующем виде:

( )

Последний интеграл с помощью известных способов (коэффициент разложения и коэффициент приближения) по возможности позволяет вынести входное возмущение (по Лапласу) за знак интеграла. В этом случае получим:

( )

Такое соотношение изображения по Лапласу выходной величины к изображению по Лапласу входной величины, как интеграл по области D от континуальных передаточных функций называется интегральной передаточной функцией среды или формулой Власова.

.2 Расчет системы с распределенными параметрами.

По заданному дифференциальному уравнению получить выражение для передаточной функции в распределенных параметрах, выражения для выходной величины, для оценочной передаточной функции для наилучших условий управления. Построить оценочную ЛАЧХ, аппроксимировать ее с погрешностью 5% инерционно-форсированными звеньями и записать выражение передаточной функции через типовые звенья.

Исходные данные:

В начале расчета необходимо провести идентификацию выходной величины Q, входного возмущения f и координат x, t в соответствии с темой дипломного проекта.

Входным возмущением f(x, t) является сигнал, подаваемый с выхода пьезодатчика.

 - координата точки, в которой необходимо отыскать выходную величину Q как функцию отклика на возмущение,  изменяется в пределах -    +.

Q – выходная величина, соответствующая напряжению на выходе.

Начальные условия с учетом этих допущений запишутся в виде:

что соответствует отсутствию напряжения, в начальный момент времени.

Граничные условия:

Нормирующая функция:

Таким образом, выходная величина запишется в виде уравнения (4):

Найдем изображение по Лапласу нормирующей функции.

Подставляя континуальную передаточную функцию и изображение по Лапласу от нормирующей функции, получим изображение по Лапласу от выходной функции.

Интегральная передаточная функция перепишется в виде:

Произведем обозначения:

По условию принимаем u=0, тогда получим упрощенное выражение.

Заменим оператор р на j, и рассмотрим процесс в точке х = 0, тогда выражение запишется следующим образом:

Разделив полученное выражение на действительную и мнимую части, найдем выражение для ЛАЧХ и ЛФЧХ с помощью программы Mathcad 2000 по формулам, зададим b=1, (рисунке и ):

;

;

где U(ω) и V(ω) – действительная и мнимая части.

Аппроксимируя полученную ЛАЧХ устанавливаем, что она соответствует инерционному звену второго порядка.

При проведении аппроксимации сопрягающая частота будет равна:

=1,4 => Т₁ = 0,7;

С помощью аппроксимации передаточная функция запишется в виде:

На рисунке показаны фактическая L() и аппроксимированная A() ЛАЧХ.

На рисунке изображены фактическая () и аппроксимированная () ЛФЧХ.

Зачтено. Код: 10450010212

Рисунок – Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика (фактическая и аппроксимированная)

Рисунок – ЛФЧХ системы (фактическая и аппроксимированная)

.2 Полно глубинное описание устройства измерения вибрации.

Одной из актуальных проблем современной техники является измерение параметров вибраций, ударов и шумов. Сегодня нельзя назвать практически ни одного объекта контроля или производственного процесса, который не испытывал бы воздействие вибрационных, ударных или акустических нагрузок. Исследования колебательных процессов представляют большой интерес для всех отраслей народного хозяйства. Уже длительное время разрабатываются способы борьбы с вредным воздействием вибраций, ударов и шумов в технике и природе. Нахождение способов обнаружения зарождающихся дефектов не прерывая работу оборудования является важной задачей, обеспечивающей повышение конкурентоспособности продукции на рынке и экономической эффективности производства.

Внедрение устройства измерения вибрации в производстве значительно повысит эффективность использования технологического оборудования и позволит исключить такие мероприятия как плановый ремонт.

.2.1 О с н о в н ы е т е х н и ч е с к и е х а р а к т е р и с т и к и. Область применения устройства измерения вибрации  применяется для электромашин и механизмов для раннего обнаружения их неисправности. Применение этих приборов на производстве позволяет уменьшить время на определение неисправностей, а также избегать простоя технологического оборудования из-за проведения плановых осмотров и ремонтов, проводя ремонтные работы по фактическому состоянию оборудования. Внедрение данного устройства позволяет избежать аварийных режимов работы технологического оборудования из-за быстро развивающихся дефектов, так как производится постоянный мониторинг его работоспособности. Она позволит обеспечить высокую эффективность и конкурентоспособность производства путем сокращения времени простоя технологического оборудования и постоянного наблюдения за его физическим состоянием. Такие качества, а также достаточно низкая стоимость устройства привлекают покупателей, обеспечивая высокий спрос на эту продукцию.

Основные технические характеристики устройства:

Напряжение питания, В 9;

Потребляемый ток, А 0,05;

Частотный диапазон, Гц 50  1000;

Диапазон рабочих температур, ⁰С -30  +50;

Рабочая влажность, % 35-80;

Атмосферное давление, кПа 86-106;

габаритные размеры, мм 70х80х60;

масса, кг, не более 0,5;

Разработанное изделие предназначено для использования по IV категории условий эксплуатации (закрытые, отапливаемые и вентилируемые помещения).

Наработка на отказ 5-10 тысяч часов, интенсивность отказов 10^-4-10^-9 ч^-1.

.2.2 К о м п л е к т п о с т а в к и.

Устройства измерения вибрации, шт 1;

Руководство по эксплуатации ( с гарантийным и

отрывным талонами и электрической схемой), шт 1;

Пьезоэлектрический датчик ДН4, шт 1;

Паспорт пьезоэлектрического датчика, шт. 1; Кабель оплеточный со штекером, шт. 1;

Разъем для пьезоэлектрического датчика, шт. 1;

Предохранитель, шт. 1; Индивидуальная упаковочная тара, шт 1;

.2.3 П о р я д о к р а б о т ы.

1 - кнопка включения питания;

2 – съемная крышка места установки питания;

3 - гнездо для измеряемого сигнала;

4 - штекер;

5 - кабель оплеточный;

6 - пьезоэлектрический датчик;

7 - разъем для пьезоэлектрического датчика;

8 – измерительный прибор;

9 – разъем для подключения внешнего источника питания

10 - предохранитель.

Рисунок  Устройство измерения вибрации

Установите датчик вибрации 6 на исследуемый объект или устройство. Методы и правила установки, а также технические характеристики пьезоэлектрический датчик ДН4, указаны в его паспорте прилагаемом в комплект поставки. Соедините разъем 7 с пьезоэлектрическим датчиком.

Воткните штекер 4 в гнездо для измеряемого сигнала 3. Переместите тумблер питания 1 на лицевой панели в положение «Вкл.» и измерительный приборе 8 будет показывать информацию о вибрации на исследуемом объекте.

.2.4 У к а з а н и я п о т е х н и к е б е з о п а с н о с т и. При эксплуатации и ремонте устройства измерения вибрации опасности для жизни и здоровья пользователя, данное устройство не несет. Данное свойство обусловлено тем, что виброметр использует автономный источник питания состоящий из двух батарей “Крона”. Опасность поражения электрическим током может возникнуть в том случае если пользователь захочет подключить внешний источник питания через соответствующий разъем 9. Разъем для подключения внешнего источника питания 9, предназначен для ввода в устройство постоянного электрического тока напряжением питания не превышающего 15 В. В этом случаи опасность поражения электрическим током, исходит от внешнего источника питания и пользователю необходимо соблюдать меры предосторожности.

.2.5 Т е х н и ч е с к о е о б с л у ж и в а н и е. Работы по техническому обслуживание производятся с целью обеспечения нормальной работы и сохранения параметров устройства в течение всего срока эксплуатации. Пользователь должен обращаться с системой в соответствии с данной инструкцией. В случае неправильного использования обратиться к представителю нашей фирмы.

Гарантии изготовителя действительны только при условии прове­дения профилактических работ.

Периодичность работ по техническому обслуживании устанав­ливается предприятиями, эксплуатирующими виброизмеритель, с учетом интенсивности его эксплуатации, но не реже одного раза в год.

В состав профилактических работ по техническому обслужи­ванию входят: