Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа №1.

Генератор постоянного тока

Электрическая схема генератора постоянного тока приведена на рисунке 1

Рисунок 1- Электрическая схема генератора

Технические данные генератора приведены в таблице1.

Таблица 1-Технические данные генератора

Тип	Iн, А	Uн,В	nн,об/мин	p	Wя,	Rя,Ом	Wов3,	Rов3,Ом	Wов1,	Rов1,Ом
П61	39	230	1450	2	341	0,25	15	0,04	1500	120

Число параллельных ветвей обмоток якоря и возбуждения, а=1, а_в=1, схема включения обмоток возбуждения согласная. Кривая намагничивания генератора П 61 приведена в таблице 2 и на рисунке 2.

Таблица 2-Кривая намагничивания генератора П 61

F, A	400	800	1200	1600	2000	2400	3200	4000
Ф, Вб	0,0031	0,0052	0,0065	0,0073	0,0079	0,0083	0,0087	0,0089

Рисунок 2- Кривая намагничивания генератора П61

Конструктивная постоянная генератора

, (1)

где р - число пар главных полюсов генератора.

ЭДС генератора рассчитывается по формуле

, (2)

где k- конструктивная постоянная генератора;

Ф- величина магнитного потока, берется по кривой намагничивания, Вб;

=0,1047n_н = 0,1047 1450 =151,8 - угловая частота вращения генератора, 1/с.

Характеристика управления генератора , рассчитанная по выражению (2) представлена в таблице-3 и на рисунке-3.



Таблица 3- Характеристика управления генератора П61

Fd, A	400	800	1200	1600	2000	2400	3200	4000
EГ, В	102,21	171,45	214,31	240,69	260,47	273,66	286,85	293,44

Рисунок 3- Характеристика управления генератора

Номинальная ЭДС генератора рассчитывается по формуле

(3)

Сопротивление R_я включает в себя сопротивления обмоток дополнительных полюсов (ДП) и компенсационной (КО).

По характеристике управления (рисунок 3, таблица 3) определяется номинальное значение н.с. F_dн.

Номинальный ток возбуждения определяется по формуле

(4)

Величина добавочного сопротивления R_доб в цепи независимой обмотки возбуждения ОВ1, подключенной на напряжение U_вн = 220В, рассчитывается по формуле

(5)

Выбирается резистор с номинальным сопротивлением R = 91 Ом

Полное сопротивление цепи независимого возбуждения R_в1

(6)

Передаточный коэффициент по н.с. определяется на линейном участке характеристики управления

(7)

Передаточный коэффициент по току возбуждения

(8)

Передаточный коэффициент усиления, относительно ОВ1

(9)

Характеристика управления при I_я =0.5I_н , I_я =I_н приведены в таблице 4 и на рисунке 4.

Данные характеристики получены из характеристики холостого хода генератора (таблица 3) путем сложения c F_d (согласное включение обмоток) постоянной составляющей F_в3, обусловленной протеканием якорного тока по обмотке возбуждения ОВ3.

(10)

Таблица 4- характеристики управления генератора при I_я= const

Fd,A	400	800	1200	1600	2000	2400	3200	4000
Ег,В	102,21	171,45	214,31	240,69	260,47	273,66	286,85	293,44
Встречное включение обмоток
Fв1,A (Iя=0,5Iн)	692,5	1092,5	1492,5	1892,5	2292,5	2692,5	3492,5	4092,5
Fв1,A (Iя=Iн)	985	1385	1785	2185	2585	2985	3785	4385

Рисунок 4- Характеристики управления генератора при I_я= const при согласном включении обмоток возбуждения

Внешние характеристики при F_d = F_dн и F_d =0,5 F_dн при встречном включении обмоток представлены в таблице 5 и рисунке 5.

Данные характеристики получены из характеристики холостого хода генератора (таблица 3).Ток якоря определялся по формуле

(11)

Таблица 5- внешние характеристики генератора

Fd,A	400	800	1200	1600	2000	2400	3200	4000
Ег,В	102,21	171,45	214,31	240,69	260,47	273,66	286,85	293,44
Iя, A (Fd =0,5 Fdн)	80	106,66	133,33	160	186,67	213,33	266,67	306,67
Iя, A (Fd = Fdн)	133,33	160	186,67	213,67	240	266,67	320	360

Рисунок 5- Внешние характеристики генератора при согласном включении обмоток

Электромагнитная постоянная времени рассчитывается по формуле

(12)

Структурная схема генератора без учета нелинейности кривой намагничивания приведена на рисунке 6.

Рисунок 6- Структурная схема генератора без учета нелинейности кривой намагничивания

U_в1 - напряжение, подаваемое на независимую обмотку возбуждения.



Контрольная работа №2.

Регуляторы

Параметры регуляторов для реализации на операционном усилителе представлены в таблице 6.

Таблица 6

Тип регулятора
П	И	ПИ	Д	А(фильтр)
К	Umax, В	Ти, с	К	Ти, с	Тд, с	Fmax, Гц	К	Тф, с
0,6	12	2,5	0,25	0,6	0,006	50	10	2,5

Параметры регуляторов рассчитываются по следующим формулам:

а) Инверсный П-регулятор

, .

б) Прямой П-регулятор

.

в) И-регулятор

, .

г) ПИ-регулятор

.

д) Д-регулятор

, .

е) Фильтр

.

Принципиальные электрические схемы регуляторов приведены на рисунке 7.

Результаты расчетов параметров регуляторов сведены в таблицу 7.

Таблица 7

Тип регулятора	Параметры регуляторов
	R1, кОм	С1, мкФ	R2, кОм	R3, кОм	RОС, кОм	СОС, мкФ
Инверсный П-регулятор	2	-	-	0,75	1,2	-
Прямой П-регулятор	1	-	1	1	0,2	-
И-регулятор	5	-	5	-	-	0,5
ПИ-регулятор	1,5	-	-	-	2	5
Д-регулятор	5	0,02	-	-	6	-
А (фильтр)	20	-	-	-	2	0,11

Зависимость U_вых=f(U_вх) для П-регулятора с учетом ограничения выходного напряжения приведена на рисунке 8.

Рисунок 7-Принципиальные электрические схемы регуляторов

Рисунок 8- Зависимость U_вых=f(U_вх) для П-регулятора



Контрольная работа №3

Принципиальная схема инвертирующего регулятора приведена на рисунке 9.

Рис. 9. Принципиальная схема инвертирующего регулятора

,

тогда передаточная функция инвертирующего регулятора

Принципиальная схема неинвертирующего регулятора приведена на рисунке 10.

Рисунок 10- Принципиальная схема неинвертирующего регулятора

тогда передаточная функция инвертирующего регулятора



Контрольная работа №4

Согласующие, задающие элементы и датчики ЦАП с двоично взвешенными резисторами

генератор ток инвертирующий датчик преобразователь

ЦАП с весовыми двоично-взвешенными сопротивлениями (рис. 1.) состоит из следующих компонентов: n ключей, по одному на каждый разряд, управляемых преобразуемым двоичным кодом N; матрицы двоично-взвешенных резисторов; источника опорного напряжения Uоп; выходного операционного усилителя, с помощью которого суммируются токи, протекающие через двоично-взвешенные сопротивления, для получения аналогового выходного сигнала Uвых, пропорционального цифровому коду.

Рис. 1. ЦАП с двоично-взвешенными сопротивлениями

Регистр, который обычно является внешним устройством по отношению к ЦАП, вырабатывает двоичный код N, состоящий из n двоичных разрядов

где ai - коэффициент, имеющий значение 1 или 0.

Каждый i-й разряд управляет ключом Клi, который подключается к источнику опорного напряжения Uоп, когда аi = 1, или к общей шине, когда аi = 0. Сопротивления резисторов, соединенных с ключами, таковы, что обеспечивается пропорциональность протекающего в них тока двоичному весу соответствующего разряда входного кода. Сопротивление резистора в старшем разряде имеет значение R, сопротивление следующего резистора 2R и т.д. до сопротивления резистора в младшем разряде, значение которого R2n-1. Следовательно, ток, протекающий на входе ОУ,

.

Соответственно, выходное напряжение ЦАП

пропорционально взвешенному коду, у которого принимают единичное значение разряды, соответствующие ключам, связанным с источником Uоп. Максимальное выходное напряжение имеет место, когда все разряды примут значение 1:

.

Номиналы сопротивлений в младшем и старшем разрядах отличаются в 2n-1 раз и должны быть выдержаны с высокой точностью. Например, для 12-разрядного ЦАП использование в старшем разряде сопротивления 10 кОм потребует включения в младший разряд преобразователя сопротивления порядка 20 МОм. Это создает трудности при реализации ЦАП посредством интегральной технологии.

Если требуется преобразование с высокой точностью, то ЦАП с двоично-взвешенными резисторами должен содержать резисторы широкого ряда номиналов сопротивлений и подобранные для каждого разряда полупроводниковые ключи.

ЦАП с двумя номиналами сопротивлений исключает эти сложности благодаря наличию дополнительного резистора в каждом разряде.

Так как эта матрица резисторов является линейной цепью, ее работу можно проанализировать методом суперпозиции, т.е. вклад в выходное напряжение от каждого источника (разряда) рассчитать независимо друг от друга. Вклады от каждого разряда суммируются для получения на выходе ЦАП результата в виде напряжения.

Работа сельсинов в индикаторном режиме

Схема индикаторной связи приведена на рис. 2 Будем считать, что оба сельсина совершенно одинаковы и от одного датчика питается только один приемник.

Рис. 2 Индикаторная схема «передачи угла»

При питании обмоток возбуждения датчика и приемника переменным током возникают пульсирующие потоки возбуждения Ф_вд и Ф_вп, которые индуцируют в обмотках синхронизации ЭДС (Е_д1 ,..., Е_п3). Величина каждой ЭДС зависит от углового положения соответствующей обмотки относительно оси поля возбуждения. Если принять гармонический закон распределения индукции магнитного поля, то:

; ;

; ;

; .

Здесь - максимальное значение ЭДС, которое получается при соосном положении обмотки синхронизации и обмотки возбуждения. Из рис. 2 видно, что в любой момент времени ЭДС одноименных фаз датчика и приемника направлены встречно. Если сельсины находятся в согласованном положении, ЭДС одноименных фаз датчика и приемника равны по величине и уравновешивают друга.

При повороте датчика на угол a_д равенство ЭДС нарушается. По обмоткам синхронизации и линиям связи протекают токи, которые, взаимодействуя с потоками возбуждения, создают моменты, в равной мере действующие на вал датчика и приемника. Поскольку датчик обычно фиксируется, приемник будет поворачиваться в ту же сторону и на такой же угол, ибо только при согласованном положении ЭДС вновь будут уравновешивать друг друга. Найдем выражение синхронизирующего момента сельсинов.

Так как одноименные фазы датчика и приемника соединены встречно, то проходящий по ним ток:

где - полное сопротивление обмотки синхронизации одного из сельсинов плюс половина сопротивления линии связи.

Подставляя значения ЭДС, учитывая, что

и обозначая разность углов поворота датчика и приемника a_д-a_п через угол рассогласования q, получим

,

,

.

Если один из сельсинов зафиксировать, а другой поворачивать на угол от до, то зависимость токов от угла рассогласования будет иметь вид, показанный на рис.5.5. Из формул токов и рис. 5.5 видно, что при любом угле рассогласования сельсинов сумма токов равна нулю. Поэтому в линиях связи отсутствует нулевой провод.

Рис.5.5. Зависимость токов в обмотках синхронизации в функции угла рассогласования

Инкрементальные энкодеры

Энкодеры подразделяются на инкрементальные и абсолютные, которые могут достигать очень высокого разрешения.

Инкрементальный энкодер выдает за один оборот определенное количество импульсов. А абсолютные энкодеры позволяют в любой момент времени знать текущий угол поворота оси, в том числе и после пропадания и восстановления питания.

Инкрементальные энкодеры предназначены для определения угла поворота вращающихся объектов. Они генерируют последовательный импульсный цифровой код, содержащий информацию относительно угла поворота объекта. Если вал останавливается, то останавливается и передача импульсов. Основным рабочим параметром датчика является количество импульсов за один оборот. Мгновенную величину угла поворота объекта определяют посредством подсчёта импульсов от старта. Для вычисления угловой скорости объекта процессор в тахометре выполняет дифференцирование количества импульсов во времени, таким образом показывая сразу величину скорости, то есть число оборотов в минуту. Выходной сигнал имеет два канала, в которых идентичные последовательности импульсов сдвинуты на 90° относительно друг друга (парафазные импульсы), что позволяет определять направление вращения. Имеется также цифровой выход нулевой метки, который позволяет всегда рассчитать абсолютное положение вала.

Принцип действия энкодеров

Датчики угловых перемещений служат для измерения основных кинематических параметров работы электропривода: скорости и положения вала. В недалеком прошлом для большинства подобных задач измерения использовались тахогенераторы постоянного и переменного тока или сельсины. Фотоимпульсные датчики (энкодеры) имеют большие преимущества практически по всем параметрам (точности, габаритам, надежности, экономичности)… Использование фотоимпульсных датчиков расширяет возможности работы электропривода.

В подавляющем большинстве современных систем регулируемого привода, позиционирования и контроля углового положения используются инкрементные энкодеры. Определенный рынок, в связи с некоторыми техническими особенностями остается за резольверами (в частности из-за их толерантности к высоким и низким температурам: от -50^оС и до +150^оС).

Принцип работы фотоимульсных энкодеров -- цифровой. Свет проходит от группы светодиодов к группе фотодиодов через прозрачный диск с нанесенными метками, одинаковые метки равномерно распределены по всему радиусу диска.

Обычно энкодер имеет также т.н. „нулевую метку“, одну -- на полный оборот диска. Эта метка имеет калибровочную функцию и не всегда требуется для простых задач измерения скорости. При вращении диска, механически связанного с приводным валом, каждое прохождение метки через светодиодную пару генерирует импульс. Эти импульсы в дальнейшем обрабатываются с помощью электронных устройств (программируемых логических контроллеров, преобразователей постоянного и переменного тока для электродвигателей, счетчиков).

Размещено на Allbest.ru