Элементы автоматики и системы

Схема 7

1. 
   Вставить разъем счетчика-секундомера в гнездо схемы и установить ноль на шкале счетчика.
   
2. 
   Включить блок питания.
   
3. 
   Включить тумблер S1, при этом должен сработать электромагнит реле времени ЭВ.
   
4. 
   Включить тумблер S2 и сравнить выдержку, установленную на реле, с показаниями секундомера.
   
5. 
   Выключить S2, установить ноль на секундомере и повторить опыт.
   
6. 
   Выключить тумблеры S2, S1 и блок питания.
   
7. 
   Сделать выводы о точности выдержки времени.
   

Схема 8

1. 
   Установить тумблер S1 схемы в левое положение (схема отключена).
   
2. 
   Установить переключатель напряжения блока питания в крайнее правое положение.
   
3. 
   Собрать схему по указанию преподавателя (см. рис.3.4).
   
4. 
   Установить тумблер S1 схемы в левое положение (схема отключена).
   

Рис.3.4. Схемы выполнения различных логических операций с помощью электромагнитных реле

5. 
   Установить тумблер S1 схемы в левое положение (схема отключена).
   
6. 
   Установить переключатель напряжения блока питания в крайнее правое положение.
   
7. 
   Собрать схему по указанию преподавателя (см.рис.3.4).
   
8. 
   Дать преподавателю проверить правильность соединений отдельных элементов.
   
9. 
   Включить S1 и опробовать работу схемы.
   
10. 
    Собрать следующую схему и проделать вышеуказанное.
    
11. 
    По окончании работы отключить и разобрать схему.
    

6. Содержание отчета

1. 
   Название работы, ее цель.
   
2. 
   Графическое изображение испытанных релейно-контактных схем и краткое описание их работы (по указанию преподавателя).
   
3. 
   Таблицы с результатами экспериментов, графики и выводы по наблюдаемым эффектам .
   

7. Контрольные вопросы

1. 
   Чем объясняется широкое применение реле и релейно-контактных схем?
   
2. 
   Недостатки релейно-контактных схем. Перспективы развития и совершенствования релейных схем.
   
3. 
   В чем отличие реле переменного и постоянного тока?
   
4. 
   Что такое чувствительность реле?
   
5. 
   Как определить К_в и К_у реле?
   
6. 
   Как работает поляризованное реле?
   
7. 
   Для каких целей применяются шаговые искатели?
   
8. 
   В каких случаях применяют реле с механическим замедлением?
   
9. 
   Изменяется ли ток срабатывания при изменении количества контактов реле?
   
10. 
    От каких конструктивных особенностей реле зависит величина К_в?
    
11. 
    Как изменяется частота импульсов пульс-пары, если увеличить напряжение?
    
12. 
    На чем основаны способы замедления работы реле с использованием конденсаторов?
    
13. 
    Для каких целей можно применить поляризованное реле?
    
14. 
    С какой целью в схему шагового искателя включен диод?
    
15. 
    В каких случаях, каким методом искрогашения удобно пользоваться?
    
16. 
    Как установить заданную выдержку времени на изученном реле?
    
17. 
    Расскажите о применении и работе изученных схем.
    

ЭЛЕКТРОННОГО ПОТЕНЦИОМЕТРА

Схема (рис.4.1) состоит из сопротивлений R2 … R5 и калиброванного реохорда R1. В диагональ моста ab включен источник постоянного напряжения GB с напряжением U последо­вательно с регулируемым сопротивлением R6. В другую диаго­наль моста сd включается источник неизвестной ЭДС – термопара B и, в случае ручной компенсации, чувствительный гальванометр – нуль-индикатор I_p.

При измерении температуры изменение термоЭДС компенсируется изменением соотношения сопротивлений плеч моста путем перемещения движка реохорда R1 до тех пор, пока снова не будет выполняться условие I_p = 0. Если переме­щение движка реохорда будет осуществляться вдоль шкалы, то каждое его положение относительно шкалы будет соответствовать определенной величине термоЭДС и, следовательно, опре­деленной температуре.

b

Рис.4.1. Схема измерения термоЭДС методом компенсации

Вибропреобразователь состоит из П-oбразного постоянного магнита, в середине которого находится упругая стальная плас­тина с одним неподвижно закрепленным концом, а другим – свободным. На свободном конце закреплен контакт К. Пластина является сердечником катушки L , по которой протекает пере­менный ток частотой 50 Гц. Взаимодействие магнитного поля постоянного магнита и переменного магнитного поля, создавае­мого катушкой, вызывает вибрацию пластины с частотой 50 Гц. При этом контакт К поочередно замыкается с двумя неподвижны­ми контактами. В результате этого напряжение ΔU подается поочередно на одну или другую половину первичной обмотки транс­форматора Т и вызывает импульсы тока различного направления, которые создают переменный магнитный поток, индуктирующий во вторичной обмотке электродвижущую силу с частотой 50 Гц. При изменении полярности напряжения небаланса напряжение на вторичной обмотке изменяется по фазе на 180⁰. Таким образом, преобразованное (модулированное) напряжение подается на вход лампового электронного усилителя А. Необходимость в модуляции объясняется тем, что усилители переменного тока не имеют так называемого «дрейфа нуля» и, таким образом, не вносят погрешностей в измеряемую величину.

Электронный усилитель автоматического потенциометра имеет предварительный усилитель (усиление сигнала по напряжению при I_вх = const) и выходной каскад (усиление сигнала по мощности с помощью фазочувствительного усилителя). Усиленный сигнал далее подается на обмотку управления двухфазного дви­гателя М, который через зубчатую передачу и гибкие связи с помощью нити перемещает движок реохорда R1, компенсируя термоЭДС, а также перемещает стрелку шкалы, проградуированной в градусах Цельсия для данной термопары, и вращает полумуфту механизма схемы корректировки.

Схема корректировки необходима в связи с тем, что ЭДС элемента GB1 со временем уменьшается (элемент расходует энергию во время компенсации), что сказывается на точности измерения. Для корректировки периодически на короткий проме­жуток времени необходимо нажать кнопку S (см. рис.4.2). При этом контакт SB отключит термопару от преобразователя и соответ­ственно усилителя, а подключит к ним эталонный нормальный элемент GB2 и сопротивление R7. Таким образом, GB1 и GB2 окажутся подключенными встречно к сопротивлению R4, образуя новую схему компенсации. Одновременно полумуфта механизма корректировки, связанная с двигателем М, войдет в зацепление с полумуфтой, связанной в движком переменного сопротивле­ния R6. Если величина ЭДС GB1 отличатся от номинальной, то в этом случае разность падения напряжений на R4 от обо­их источников будет подаваться на преобразователь и усилитель, а затем, усиленная, на двигатель М, который будет перемещать движок R6 до компенсации этой разности, т.е. до тех пор, пока на входе усилителя ток не станет близким к нулю. При значительном истощении элемента GB1, когда возмож­ности корректирующей схемы исчерпаны, необходимо заменить батарею GB1. Существуют приборы, где применяются стабилизированные источни­ки питания. В этих приборах необходимость в корректирующей схеме отпадает.

Для увеличения точности прибора сопротивление R3 мос­товой схемы выполнено из меди и расположено вблизи холодного спая термопары. Таким образом, оно имеет одинаковую с холодным спаем температуру. Изменение температуры холодного спая термопары компенсируется температурным изменением сопротив­ления и обеспечивает постоянство градуированного значения термопары.

Кроме показаний температуры, приборы типа ЭДР могут осу­ществлять запись температуры в полярных координатах. Для этих целей имеется перо, которое перемещается по круговой диаграмме в соответствии с изменением температуры. Вращение диаграммы обеспечивается дополнительным двигателем.

Потенциометр может использоваться и для регулирования температуры. Для этих целей имеется встроенный релейный регу­лятор, устройство которого показано на схеме потенциометра (см. рис. 4.2).

На валу, вращаюшемся при работе двигателя, укреплен кулачок, профиль которого обеспечивает включение контакта SQ во времени. С помощью контакта можно управлять включением нагревателя и, следовательно, температурой объекта. Таких ку­лачков и контактов может быть несколько, что позволяет уп­равлять какой-либо промежуточной схемой управления и обеспечивать различные законы нагрева. В простейшем случае, когда кулачок имеет впадину и управляет размыкающимся контактом, с помощью потенциометра может поддерживаться постоянство темпе­ратуры, величина которой зависит от начального положения кулачка (рис.4.3). Начальное положение кулачка регулируется руч­кой “Установка регулятора” на передней панели прибора.

Рис.4.3. Работа регулятора после включения потенциометра, t_з – время запаздывания

2. Почему в автоматических потенциометрах применяют мостовые схемы?

3. Достоинства компенсационного метода измерения.

4. Задание на выполнение работы

2. Снять показания и построить график изменения температуры во времени T=f(t) при заданном положении регулятора. При этом определить: время запаздывания; среднюю температуру; зону нечувствительности регулятора по температуре.

3. Определить постоянную времени прибора как время, которое необходимо для достижения температуры Т = 0,63 Tm .
5. Порядок выполнения работы
1. Установить выключатель S3 в положение «В», S2 – в поло­жение "0".

2. Включить выключатель S1 (сеть), при этом должна загореться сигнальная лампочка стенда Н и лампа на лицевой пане­ли прибора. Подождать 1–2 мин, прогревая лампы электрон­ного усилителя потенциометра.

3. Установить автотрансформатором Т заданное напряжение (задаётся преподавателем), контролируя его по вольтметру U1.

4. Включить выключатель S2 и определить время запаздывания (время от начала изменения входной величины, т.е. тока че­рез нагревательный элемент, до начала изменения выходной величины – температуры).

5. Снять зависимость Т=f(t) (рис.4.3) в процессе регулиро­вания, для чего записывать показания прибора через каждые 10 с в течение 5 мин.

6. Найти 63 % от Тm и согласно п.3 найти постоянную време­ни потенциометра.

7. 
   По данным п. 5 построить зависимость T=f(t), ука­зать время запаздывания, зону нечувствительности, Tср .
   
8. 
   Результаты измерений занести в табл. 4.1.
   

Таблица 4.1

6. Содержание отчета

2. Электрическая схема измерения ЭДС методом компенсации.

3. Таблица замеров T=f(t).

4. График T=f(t) с указанием времени запаздывания, зоны нечувствительности, Tср.

5. Расчет постоянной времени прибора.
7. Контрольные вопросы
1. Как производится измерение компенсационным методом в дан­ном потенциометре?

2. Как в приборе компенсируется истощение рабочего элемента GВ1?

3. Как работает регулятор потенциометра?

4. От чего зависит величина зоны нечувствительности?

5. Oт чего зависит продолжительность запаздывания?

6. Почему в потенциометре применен электропривод переменного тока?

7. От чего зависит постоянная времени потенциометра?

Лабораторная работа № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ СЛЕДЯЩЕГО ПРИВОДА

Цель работы: изучение принципа действия электрической следя­щей системы и экспериментальное определение статической ошибки.

1. 
   Общие положения
   

Следящие системы – это устройства автоматического управления, предназначенные для воспроизведения величины, изменяющейся по произвольному закону.

Следящие системы можно разделить на две основные группы:

а) самосинхронизирующиеся следящие системы;

б) следящие системы с искусственной внешней синхронизацией при помощи обрат­ных связей.

К самосинхронизирующимся следящим системам, в которых с определенной степенью точности осуществляется синхронное и синфазное перемещение двух или нескольких не связанных между собой механических валов, относятся следящие приводы. Следя­щим приводом называется устройство, при помощи которого объ­ект регулирования с определенной точностью воспроизводит дви­жение, задаваемое следящим органом.

Следящий привод, включающий элементы автоматического уп­равления, позволяет воспроизводить требуемые перемещения в широ­ких пределах по произвольному закону от устройства (датчика), задающего этот закон, что обуславливает его широкое применение. Следящий привод может использоваться для автоматического контроля за изменением различных физических величин, для автоматического управления поворотом массивных платформ на заданный угол, например, в экскаваторах, в системе автоматического вождения автомобиля, при автоматизации процессов уп­равления землеройно-планировочными машинами.

В данной работе рассматривается синхронно следящий привод, который состоит из сельсина-датчика (задающий орган, сельсина-трансформатора (датчика угла поворота объекта), фазочувствительного электронного усилителя и исполнительного двигателя, перемещающего какой-либо объект. Структурная схема следящего привода приведена на рис.5.1.

ЭС

Элементы следящего привода соединены между собой так, что изменение в положении датчика воздействует через элемент сравнения и усилитель на исполнительный двигатель, который отра­батывает заданную величину перемещения. Процесс работы следящего привода сводится к автоматическому устранению возникающего рассогласования.

Синхронноследящие приводы с электронными усилителями обладают следующими достоинствами:

1. 
   быстрое протекание переходных процессов благодаря сравнительно малой инерционнос­ти системы управления;
   
2. 
   отсутствие вращающихся и трущихся частей в усилителе.
   

1. 
   ограниченную мощность исполнительного двигателя;
   
2. 
   срав­нительно большую ошибку в слежении при установившемся режи­ме;
   
3. 
   чувствительность работы системы к колебаниям напряже­ния сети.
   

Под статическими характеристиками следящего привода понимают зависимость момента, тока и других параметров в схеме от величины угла рассогласования в установившемся режиме, когда отработка угла исполнительным двигателем происходит с неизменной скоростью. Однако только статические характеристики неполно характеризуют работу следящего привода. Необходимо, кроме статических характеристик, знать также и динамические свойства системы, определяющие устойчивость, величину угла рассогласования в переходном режиме, время переходного режима и т.п. Эти свойства системы анализируются на основании уравнений переходного режима. В данной работе изучаются только статические характеристики.

Важной характеристикой следящего привода является статическая ошибка, которая в данном случае представляет собой разность между углом поворота ротора сельсина-датчика (задающий орган) и углом поворота объекта (вала исполнительного двигателя). Статическая ошибка измеряется после прохождения всех переходных процессов, после полной остановки двигателя. Статическая ошибка зависит от состояния вращающихся частей: трения, момента сопротивления повороту двигателя, от колебаний напряжения сети и от инерционности вращаемого объекта.

2. 
   Вопросы допуска к лабораторной работе
   

1. 
   Что следует понимать под следящей системой и следящим приводом?
   
2. 
   Область применения следящего привода.
   
3. 
   Элементы следящего привода.
   
4. 
   Достоинства и недостатки синхронно-следящего привода с электронным усилителем.
   
5. 
   Характеристики, применяемые при анализе работы синхронно следящего привода.
   

3. 
   Описание лабораторного стенда
   

Синхронно следящий привод малой мощности с электронным усилителем смонтирован на лабораторном стенде. Электрическая схема стенда представлена на рис. 5.2. В его схему входят: сельсин-датчик СД со шкалой, сельсин-приемник (сельсин-трансформатор) СТ, электронный фазочувствительный усилитесь, исполнительный двигатель М. Исполнительным двигателем является двухфазный асинхронный двигатель, который обычно применяется для маломощных следящих приводов. На валу исполнительного двигателя находится стрелка, которая в данном случае являет­ся объектом регулирования. Стрелка перемещается по круговой шкале.

Принцип работы следящего привода заключается в следующем. При повороте ротора сельсина-датчика СД в однофазной обмотке сельсина-трансформатора СТ наводится ЭДС (напряжение ошибки) и поступает на вход усилителя. На выходе усилителя одна статорная (управляющая) обмотка ω₁ исполнительного двигателя. Другая статорная обмотка ω_2. включена в переменное напряжение сети через конденсатор, который создает между токами в статорных обмотках сдвиг фаз примерно в 90°.

Исполнительный двигатель М приходит во вращение и перемещает управляемый объект и ротор сельсина-трансформатора CТ. Вращение двигателя происходит до тех пор, пока не произойдет согласование углов поворота входного и выходного валов, при котором напряжение ошибки равно нулю. Для реверсирования исполнительного двигателя в системе необходимо изменить направление рассогласования, что осуществляют изменением направления вращения ротора сельсина-датчика. При этом изменяется фаза напряжения ошибки на 180⁰ и исполнительный двигатель реверсируется.

Рис. 5.2. Принципиальная схема следящего привода

4. Задание на выполнение работы
1. Сделать отсчет статической ошибки по круговой шкале измерений.

2. Построить график кривой статических ошибок n = ƒ(α).

3. Произвести расчет среднего значения статической ошибки.

5. 
   Порядок выполнения работы
   

1. 
   Собрать схему следящего привода (см. рис.5.2).
   
2. 
   Проверить работоспособность следящего привода. Для этого, поворачивая ротор сельсина-датчика по часовой стрелке и против, убедиться, что стрелка, связанная с исполнительным двигателем, поворачивается в ту же сторону.
   
3. 
   Установить ротор сельсина-датчика на нуль по его шкале и убедиться, что стрелка на валу двигателя останавливается в пределах 1. Если этого нет, то расстопорить стрелку и установить в соответствующее положение.
   

5. Выполнить п.4 с поворотом в противоположную сторону.

5. 
   Результаты измерений занести в табл. 5.1, где α – угол поворота задатчика, град; n₁ и n₂ – угол поворота стрелки исполнительного механизма, град, соответственно по и против часовой стрелки.
   
6. 
   Определить статические ошибки Δ n₁ и Δ n₂ по формулам:
   

6. 
   Содержание отчета
   

1. Название и цель работы.

2. Электрическая схема следящего привода.

3. Результаты измерений, представленные в виде таблицы, и расчет

средней статической ошибки.
7.Контрольные вопросы

1. 
   Принцип работы синхронно следящего привода.
   
2. 
   Объясните, что следует понимать под статической ошибкой следящей системы?
   
3. 
   Чем объяснить возникновение статической ошибки системы?
   
4. 
   Как определить статическую ошибку следящей системы?
   
5. 
   Каким образом можно изменить направление вращения исполнительного двигателя, не меняя направления вращения сельсина-датчика?
   

1. 
   Бородин И. Ф. Технические средства автоматики: Учебник для вузов/ И.Ф. Бородин. – М.:Колос, 1982. – 303 с.
   
2. 
   Казаков А. А. Стационарные устройства автоматики и телемеханики: Учебник/А.А. Казаков, В.Д. Бубнов, Е.А. Казаков. – М.: Транспорт, 1990. – 431 с.
   
3. 
   Кузнецов Е.С. Управление техническими системами: Учеб. пособие/Е.С. Кузнецов; МАДИ(ТУ). – 3-е изд., перераб. и доп. М., 2001. – 262 с.
   
4. 
   Курсовое и дипломное проектирование по автоматизации технологических процессов: Учеб. пособие для вузов/Ф.Я. Изаков, В.Р. Казадаев, А.Х. Ройтман, Б.В. Шмаков. – М.:Агропромиздат, 1988.–183 с.
   

Учебное издание

ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ

Методические указания к лабораторным работам

Виталий Сергеевич Щербаков

Алексей Александрович Руппель

Виталий Алексеевич Глушец

Редактор Н.И. Косенкова

Лицензия ИД № 00064 от 16.08.99

Подписано к печати 2003

Формат 60х90 1/16. Бумага писчая

Оперативный способ печати

Гарнитура Times New Roman

Усл. п. л. 2,75 , уч. - изд. л. 2,75

Тираж 300 экз. Изд. № 44. Заказ

Цена договорная

Издательство СибАДИ

644099, Омск, ул. П.Некрасова, 10

Отпечатано в ПЦ издательства СибАДИ

644099, Омск, ул. П.Некрасова, 10

жүктеу 0,7 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: