Методические указания для студентов по проведению практических работ по дисциплине Автоматическое регулирование
Методические указания
для студентов по проведению
практических работ
для специальности
1302000«Автоматизация и уравление»
по дисциплине
«Автоматическое регулирование»
Методические указания для студентов по проведению практических работ для специальности 2201 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» по дисциплине «ОСНОВЫ АВТОМАТИКИ»
Составитель:
Фридман Г.М.
(Фамилия И.О.)
Преподаватель УГКР
(Занимаемая должность и место работы)
Рецензенты:
Бронштейн М.Е.
(Фамилия И.О.)
Председатель ПЦК спец.дисциплин специальности 2201 УГКР
(Занимаемая должность и место работы)
Фрид А.И.
(Фамилия И.О.)
Д.т.н, профессор кафедры ВТ и ЗИ УГАТУ
(Занимаемая должность и место работы)
Содержание
Предисловие
Правила выполнения практических работ 3
Практическая работа №1 6
Практическая работа №2 12
Практическая работа №3 18
Практическая работа №4 24
Практическая работа №5 30
Практическая работа №6 36
Практическая работа №7 42
Практическая работа №8 48
Практическая работа №9 52
Практическая работа №10 55
58
Предисловие
Назначение методических указаний
Данные методические указания для студентов по выполнению практических работ согласно программе дисциплины "Основы автоматики" предназначены для реализации государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников специальности 2201 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» с целью закрепления теоретических знаний и практических умений.
В сборнике содержатся методические указания по выполнению следующих практических работ:
№1 Определение основных параметров потенциометрического и термоэлектрического датчиков.
№2 Определение основных параметров индуктивного датчика.
№3 Определение основных параметров емкостного и пьезоэлектрического датчиков.
№4 Определение основных параметров электромагнитного реле.
№5 Определение основных параметров исполнительного устройства и простейшего магнитного усилителя.
№6 Определение основных параметров магнитного усилителя с обратными связями.
№7 Определение основных параметров многокаскадного и реверсивного магнитных усилителей.
№8 Определение основных параметров феррорезонансного стабилизатора.
№9 Определение основных параметров следящей системы автоматики.
№10 Определение основных параметров аналогового цифрового преобразователя.
Требования к знаниям и умениям при выполнении практических работ
При выполнении практических работ студент должен
знать:
- типы электромеханических и магнитных устройств автоматики;
3
- разновидности систем автоматики;
конструктивные разновидности устройств автоматики;
схемные решения устройств и систем автоматики;
основные характеристики и параметры устройств автоматики;
классификацию систем автоматики;
уметь:
пользоваться специальной и справочной литературой;
строить характеристики устройств автоматики;
рассчитывать основные параметры устройств и систем автоматики;
различать системы стабилизации, следящие, автоматические измерительные системы;
производить сравнительный анализ основных параметров устройств автоматики.
Правила выполнения практических работ
Студент должен придти на практическое занятие подготовленным к выполнению практической работы.
После проведения практической работы студент должен представить отчет о проделанной работе с таблицей результатов расчета.
Отчет о проделанной работе следует выполнять в журнале практических работ на листах формата А4 с одной стороны листа. Содержание отчета указано в описании практической работы.
Расчет следует производить с точностью до двух значащих цифр.
Вспомогательные расчеты можно выполнять на отдельных листах, а при необходимости на листах отчета.
Оценку по практической работе студент получает, если:
- расчеты выполнены правильно и в полном объеме;
- результаты сведены в таблицы;
4
К =
U =
U =
U =
Результаты расчета свести в таблицу 2
Таблица 2
К
К
К
U (В)
U (В)
U (В)
Контрольные вопросы к практической работе № 10
1. Для каких целей предназначен цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)?
2. В каком виде представляются входные величины в ЦАП?
3. Что составляет основу схемы ЦАП?
4. Для чего в схеме ЦАП используются переключатели?
5. Какие элементы могут использоваться в качестве переключателей?
Список литературы
1. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления.
-М,: «Форум - Инфра - М», 2002 г., -383с.
57
2.2 Пример расчета:
Исходные данные даны для кодовых комбинаций 0001 и 1111:
Переключатель А установлен в положение, соответствующее логической 1
Переключатели А, В, С, D, установлены в положения, соответствующие логическим 1
Uвх. = 6 В; R0 = 13,3 кОм; R1 = 200 кОм; R2 = 100 кОм;
R3 = 50 кОм; R4 = 25 кОм.
Решение:
К1 = 13,3/200 = 0,065
2. Uвых.1 = 0,065*6 = 0,4 (В)
3. К1234 = 13,3 : (200*100*50*25/(200*100*50 + 200*100*25 + 100*50*25 + 200*50*25))= 1
4. Uвых.1234 = 1*6 = 6 (В)
3. Задание:
3.1 Определить коэффициенты усиления по напряжению ОУ и напряжения на выходе ЦАП при Uвх. = 6 В для различных положений переключателей А, В, С, D, имитирующих кодовые комбинации «0» и «1». Исходные данные взять из таблицы 1, согласно варианту.
Таблица 1
№
варианта
Кодовые
Комбинации
R0
(кОм)
R1
(кОм)
R2
(кОм)
R3
(кОм)
R4 (кОм)
1
2
3
4
5
1001
0010 0100
1000 0001
0011
0110 0101
1010
1100
0111
1011 1101
1110 1111
10
10
10
10
10
150
150
150
150
150
75
75
75
75
75
37,5
37,5
37,5
37,5
37,5
18,75
18,75
18,75
18,75
18,75
3.2 Произвести расчет:
К =
К =
56
- может пояснить выполнение любого этапа работы;
- отчет выполнен в соответствии с требованиями к выполнению работы,
- отвечает на контрольные вопросы на удовлетворительную оценку и выше.
Зачет по практическим работам студент получает при условии
выполнения всех предусмотренных программой практических работ после сдачи журнала с отчетами по работам и оценками по каждой из них.
5
Практическая работа №1
Определение основных параметров потенциометрического и термоэлектрического датчиков
1 Цель работы
1.1 Научиться рассчитывать параметры потенциометрического датчика.
1.2 Научиться рассчитывать параметры термоэлектрического датчика.
Задача №1. Рассчитать параметры потенциометрического датчика
Пояснения к работе
2.1 Краткие теоретические сведения
Потенциометрический датчик представляет собой реостат, включенный по схеме потенциометра. Потенциометрический датчик преобразует механические перемещения в изменения сопротивления реостата. Расчет потенциометра сводится к расчету сопротивлений: определяются размеры каркаса для намотки, диаметр провода обмотки, количество витков, шаг намотки.
1) рабочая длина каркаса:
13EMBED Equation.31415(мм), (1)
где L - рабочая длина каскада;
( - угол поворота;
D - средний диаметр каркаса.
2) минимальное число витков:
13EMBED Equation.31415(витков), (2)
где n- минимальное число витков %;
(р - разрешающая способность.
3) шаг намотки:
13EMBED Equation.31415(мм), (3)
где (- шаг намотки.
4) диаметр провода с изоляцией:
13EMBED Equation.31415(мм), (4)
где dи - диаметр провода с изоляцией.
5) коэффициент нагрузки:
6
Практическая работа №10.
Определение основных параметров цифро – аналогового преобразователя (ЦАП)
1 Цель работы
Изучить работу ЦАП с весовыми резисторами и рассчитать
коэффициент усиления и выходное напряжение ЦАП при подаче
различных двоичных комбинаций на входы ЦАП .
2 Пояснения к работе.
2.1 Краткие теоретические сведения:
ЦАП используются для преобразования цифрового кода в аналоговый сигнал. ЦАП с весовыми резисторами относится к устройствам прямого преобразования и состоит из двух узлов: резистивной схемы (матрицы) на резисторах R1 – R4 и суммирующего операционного усилителя (ОУ) с резистором обратной связи R0. Опорное напряжение Uоп подключается к резисторам матрицы переключателями А, В, С, D, имитирующими преобразуемый код.
Коэффициент усиления по напряжению (КU), когда только один переключатель установлен в положение, соответствующее логической 1:
Кi = Ro/Ri (1)
Кu, когда два переключателя установлены в положения, соответствующие логическим 1:
Кij = Ro : Ri*Rj/(Ri + Rj) (2)
Ku, когда три переключателя установлены в положения, соответствующие логическим 1:
Кijn = Ro : Ri*Rj*Rn/(Ri*Rj + Ri*Rn + Rj*Rn) (3)
Ku, когда четыре переключателя установлены в положения, соответствующие логическим 1:
Кijnm = Ro : Ri*Rj*Rn*Rm/(Ri*Rj*Rn+Ri*Rj*Rm+Rj*Rn*Rm+ Ri*Rn*Rm) (4)
Выходное напряжение ЦАП:
Uвых. = Кu*Uоп (В), (5)
где Ku для различных положений переключателей, имитирующих кодовые комбинации «0» и «1».
55
3.2 Произвести расчет
iм=_____________________________________________________________________________________________________________________
Мс.пр=__________________________________________________________________________________________________________________
Рм=_________________________________________________________
____________________________________________________________
Кд=________________________________________________________
____________________________________________________________
Ку=____________________________________________________________________________________________________________________
Км=________________________________________________________
____________________________________________________________
К0=____________________________________________________________________________________________________________________
3.3 Результаты расчета свести в таблицу 2.
Таблица 2
№ варианта
iм
Мс.пр(н*м)
Рм(Вт)
Кд
Ку
Км
Ко
4. Контрольные вопросы к практической работе №9
1.Чем отличаются следящие системы от систем стабилизации и систем программного управления?
2. Как делятся следящие системы по назначению?
3. Какая характеристика следящей системы является основной?
4. Чем определяется точность следящей системы?
5. Что вызывает увеличение добротности следящей системы?
Список литературы
1. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления.
-М,: «Форум - Инфра - М», 2002 г., -383с.
54
13EMBED Equation.31415, (5)
где (- коэффициент нагрузки;
( max – максимальная погрешность.
6) сопротивление потенциометра:
13EMBED Equation.31415(Ом), (6)
где R- сопротивление потенциометра,.
7) высота каркаса:
13EMBED Equation.31415(мм), (7)
где Н- высота каркаса
( - удельное сопротивление,
b - толщина каркаса.
2.2 Пример расчета:
Исходные данные:
Rн = 4400 Ом, ( max = 2,5 %, U = 26 B, D = 45 мм, ( = 330, b = 2 мм, (р(=(0,25 %, ( = 0,49 * 10-6 Ом ( м.
Решение:
L = 330 * 45 * 3,14 / 360 = 129,5 (мм);
n = 100 / 0,25 = 400 (витков);
( = 129,5 / 400 = 0, 324 (мм);
dи = 0,324 – 0,015 = 0,309 (мм) (с учетом изоляции);
Выбираем d ( 0,3 (мм) = 0,3 * 10-3 (м);
( = (1 – 0,025) / (4 * 0,025) = 9,75;
R = 4400 / 9,75 = 451,3 (Ом);
H = {[3,14 * 451,3 * (0,3 * 10-3)2] / (8 * 0,49 * 10-6 * 400)} – 0,002 = 0,0793 (м) = 79,3 (мм).
3 Задание:
3.1 Рассчитать параметры потенциометрического датчика. Исходные данные для расчета взять из таблицы 1, согласно варианту.
7
Таблица 1
№
варианта
Rн (Ом)
(max (%)
U (B)
D (мм)
(
B (мм)
(р (%)
( ( 10-6
(Ом(м)
1
4400
2,0
26
50
330
1,8
0,2
0,49
2
4400
3,0
26
55
330
2,5
0,2
0,42
3
4400
2,7
26
47
330
1,5
0,23
0,49
4
4400
2,3
26
52
330
2,3
0,25
0,42
5
4400
2,1
26
49
330
2,0
0,21
0,42
3.2 Произвести расчет
L= _____________________________________________
__________________________________________________
n= _____________________________________________
__________________________________________________
·= _____________________________________________
__________________________________________________
dи= _____________________________________________
__________________________________________________
·= ______________________________________________
__________________________________________________
R= _____________________________________________
__________________________________________________
H= _____________________________________________
__________________________________________________
3.3 Результаты расчета свести в таблицу 2.
Таблица 2
L (мм)
n (вит)
( (мм)
dи (мм)
(
R (Oм)
Н (мм)
8
5) коэффициент усиления усилителя по напряжению:
13EMBED Equation.31415, (5)
где
·д- допустимое значение динамической ошибки;
i- придаточное число между сельсинами точного и грубого отчетов.
6) общий коэффициент усиления системы:
К0=К*Ку*Кд*Км, (6)
где Км=iм*i.-коэффициент механической передачи к сельсину точного
отсчета.
2.2 Пример расчета
Исходные данные:
Мс=50Н*м; nmax=3,3 об/мин;
·д
·0,1°; i=30; К=0,5 В/град; Uy.max= 240В, nн=6000 об/мин;
·= 0,6
Решение:
1) iм=333/6000=1/1800;
2) Мс.пр=50/(0,6*1800)=4,63*10-2 (н*м);
3) Рм=(4,63*10-2*6000)/97,5=2,86*10-2 (кВт);
4) Кд=6000/240=150 (град/(в*сек));
5) Ку=240/(0,1*30*0,5)=160;
6) Км=30/1800=1/60;
7) К0=0,5*160*150*(1/60)=200 (1/сек).
3. Задание:
3.1 Рассчитать общий коэффициент усиления системы. Исходные данные для расчета взять из таблицы 1, согласно варианту.
Таблица 1
№ варианта
Мс (н*м)
nmax (об/мин)
·д
i
К
(В/град)
nн (об/мин)
·
Uy.max (В)
1
45
3,3
0,1
25
0,5
5500
0,58
240
2
55
3,3
0,1
30
0,5
5700
0,5
240
3
60
3,3
0,1
35
0,5
5800
0,6
240
4
50
3,3
0,1
25
0,5
5900
0,62
240
5
48
3,3
0,1
29
0,5
6000
0,65
240
53
Практическая работа №9
Определение основных параметров следящего привода
1 Цель работы
Научиться рассчитывать параметры исполнительного устройства и
коэффициента усиления системы для следящего привода
2 Пояснения к работе.
2.1 Краткие теоретические сведения:
Системы автоматики делятся на системы стабилизации, системы программного управления и следящие системы. Следящие системы – это такие системы, которые с той или иной степенью точности воспроизводят изменения входных величин, происходящие по произвольному закону.
По назначению следящие системы делятся на следящие электроприводы, системы дистанционного управления, измерительные системы.
1) передаточное число редуктора:
13EMBED Equation.31415, (1)
где nmax- максимальная скорость загрузки;
nн- число оборотов двигателя.
2) момент сопротивления, приведенный к валу:
13EMBED Equation.31415(Н/м), (2)
где Мс- момент сопротивления нагрузки;
·- КПД механическая передача.
3) мощность двигателя:
13EMBED Equation.31415(Вт), (3)
4) коэффициент усиления двигателя по скорости относительно напряжения управления;
13EMBED Equation.31415, (4)
52
Задача №2: Определить параметры термоэлектрического датчика.
2 Пояснения к работе
2.1 Краткие теоретические сведения:
Термоэлектрический датчик – датчик генераторного типа. Термоэлектрический датчик представляет собой цепь, состоящую из двух разнородных металлов. Проводники называются термоэлектродами, стыки – спаями, а возникающая при нагреве спая ЭДС – термо ЭДС. Спай, температура которого поддерживается постоянной, называется холодным, а спай, соприкасающийся с измеряемой средой, – горячим. По величине термо – ЭДС можно судить о разности температур горячего и холодного спаев, и если известна температура холодного спая, то можно определить температуру горячего спая.
1) величина термо – ЭДС:
13EMBED Equation.31415(мВ), (8)
где Етп– термо– ЭДС,
2) перепад температуры:
13EMBED Equation.31415(град.), (9)
где tпер- перепад температуры.
3) температура горячего конца термопары:
13EMBED Equation.31415(град.), (10)
где 13EMBED Equation.31415- температура холодного конца термопары.
4) при точном расчете термо - ЭДС вводится поправка на температуру холодного конца термопары:
13EMBED Equation.31415 (мВ) (11)
5) расчетная термо - ЭДС:
13EMBED Equation.31415(мВ) (12)
9
2.2 Пример расчета:
Исходные данные:
Rм = 130 Ом; Rвн = 10 Ом; t = 15 оC;
Uм = 24 мВ; Етабл. = 6,95 мВ;
Решение:
1) 13EMBED Equation.31415мВ;
2) 13EMBED Equation.31415;
3) 13EMBED Equation.31415;
4) 13EMBED Equation.31415;
5) 13EMBED Equation.31415.
Задание:
3.1 Определить параметры термоэлектрического датчика. Исходные данные для расчета взять из таблицы 1, согласно варианту.
Таблица 1
№ варианта
Rм (Ом)
Rвн (Ом)
t (град)
Uм (мв)
Етабл. (мв)
1
120
10
5
24
6,95
2
130
10
10
24
6,95
3
140
9
15
24
6,95
4
150
8
20
24
6,95
5
160
10
25
24
6,95
3.2 Произвести расчет
Етп= _______________________________________________________
___________________________________________________________
10
I1 =
I3 =
Iк =
I2 =
d1 =
d2 =
d3 =
dк =
3.3 Результаты расчета свести в таблицу 2
Таблица 2
S1
(см2)
S2
(см2)
ео
(В)
Uc
(В)
С
(Ф)
W1
W2
W3
Wк
I1
(А)
I2
(А)
I3
(А)
Iк
(А)
d1
(мм)
d2
(мм)
d3
(мм)
dк
(мм)
4. Контрольные вопросы к практической работе №8
1. В каких контурах можно получить резонансы тока и напряжения?
2. В каких контурах можно получить стабилизацию тока и напряжения?
3. Что является основным недостатком феррорезонансного стабилизатора?
4.Какие возможны допущения при исследовании феррорезонансного стабилизатора?
5. Какие бывают феррорезонансные стабилизаторы?
Список литературы
1. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления.
-М,: «Форум - Инфра - М», 2002 г., -383с.
51
3. Задание:
3.1 Определить основные параметры феррорезонансного стабилизатора напряжения. Исходные данные для расчета взять из таблицы 1 согласно варианту.
Таблица 1
№ варианта
Рн
(Вт)
Uн
(В)
Uвх
(В)
Uр
(В)
J
(А/мм)
1
2
3
4
5
60
70
80
90
100
170
180
190
200
220
180
160
180
170
200
500
600
500
600
500
1,6
1,6
1,6
1,6
1,6
3.2. Произвести расчет
Sст1 =
Sст2 =
е о =
Uc =
C =
W1 =
W2 =
Wк =
W3 =
50
tпер=___________________________________________________________________________________________________________________
t1= _________________________________________________________ ____________________________________________________________
Еп=_________________________________________________________ ____________________________________________________________
Ер= ________________________________________________________
____________________________________________________________
3.3 Результаты расчета свести в таблицу 2.
Таблица 2
Етп(В)
13EMBED Equation.31415(град)
13EMBED Equation.31415(град)
Еп(В)
Ер(В)
Контрольные вопросы по практической работе №1
Изменением какого параметра можно уменьшить погрешность от ступенчатости выходного напряжения в потенциометрическом датчике?
Что показывает разрешающая способность потенциометра ?
От чего зависит ЭДС термоэлектрического датчика?
Какие бывают схемы включения термоэлектрического датчика?
Укажите области применения потенциометрического и
термоэлектрического датчиков.
Список литературы
1. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления.
-М,: «Форум - Инфра - М», 2002 г., -383с.
11
Практическая работа №2
Определение основных параметров индуктивного датчика
1 Цель работы
1.1 Научиться рассчитывать индуктивность индуктивного датчика.
1.2 Научиться рассчитывать параметры обмотки индуктивного датчика.
Задача №1. Рассчитать индуктивность индуктивного датчика
2 Пояснения к работе
2.1 Краткие теоретические сведения.
Индуктивные датчики преобразуют механическое перемещение в изменение параметров магнитной и электрической цепей. Принцип действия индуктивных датчиков основан на изменении индуктивности L или взаимоиндуктивности M обмотки с сердечником вследствие изменения магнитного сопротивления Rм магнитной цепи, в которую входит сердечник.
1) последовательность преобразований:
F ( (в ( Rм ( L ( XL ( Z ( I,
где F - усилие;
(в - длина воздушного зазора;
Rм - магнитное сопротивление;
L - индуктивность;
XL - индуктивное сопротивление;
Z - полное сопротивление;
I - ток.
2) индуктивность датчика вычисляется по формуле:
13EMBED Equation.31415(Гн) (1)
где L - индуктивность датчика,
(в - длина воздушного зазора;
n - число витков;
Sм - площадь поперечного сечения магнитопровода.
12
7) Ток в обмотках:
а) I1 = 2*Pн/Uвх. (А) (10)
б) I3 = 1,5*Pн/Uн (А) (11)
в) Iк = Iн = Рн/Uн (А) (12)
г) I2 = 13 EMBED Equation.3 1415(А) (13)
8) Диаметр провода обмоток:
d1 = 4*I1/3,14*J (мм) (14)
d3 = 4*I3/3,1 (15)
dк = 4*Iк/3,14*J (мм) (16)
d2 = 4*I2/3,14*J (мм) (17)
где J – допустимая плотность тока
2.2 Пример расчета:
Исходные данные.
Рн = 70 Вт; Uн = 170 В; Uвх = 170 В; Uр = 500 В; J = 1,6 А/мм
Решение:
1. Sст1 = 1,1*13 EMBED Equation.3 1415 = 1.113 EMBED Equation.3 1415 = 9,2 (см2)
2. Sст2 = 0,6*Sст1 = 0,6*9,2 = 5,5(см2)
3. eo = 0,022*Sст1 = 0,022*9,2 = 0,2 (В)
4. Uc = 0,65Uр = 0,65*500 = 325 (В)
5. С = 13000*Рн/Uс2 = 13000*70/325*325 = 9 (Ф)
6. W1 = Uвх/eо = 170/0,2 = 850
W2 = 1,43*Uн/eо = 1,43*170/0,2 = 1215
Wк = 0,25*W2 = 0,25*1215 = 304
W3 = Uc/eo – W2 = 325/0,2 – 1215 = 410
7. I1 = 2*Pн/Uвх = 2*70/170 = 0,8 (А)
I3 = 1,5*Рн/Uн = 1,5*70/170 = 0,6 (А)
Iк = Iн = Рн/Uн = 70/170 = 0,4 (А)
I2 =13 EMBED Equation.3 1415= 13 EMBED Equation.3 1415=0,76 (А)
d1 = 4*I1/3,14*J = 4*0,8/3,14*1,6 = 0,63 (мм)
d2 = 4*I2/3,14*J = 4*0,76/3,14*1,6 = 0,6 (мм)
d3 = 4*I3/3,14*J = 4*0,6/3,14*1,6 = 0,47 (мм)
dк = 4*Iк/3,14*J = 4*0,4/3,14*1,6 = 0,31 (мм)
49
Практическая работа №8
Определение основных параметров
феррорезонансного стабилизатора напряжения
1 Цель работы
1.1 Научиться рассчитывать параметры феррорезонансного стабилизатора напряжения.
2 Пояснения к работе.
2.1 Краткие теоретические сведения:
Феррорезонансный стабилизатор напряжения служит для стабилизации переменного напряжения. Исследование стабилизатора основано на следующих допущениях: искажение кривой напряжения и фазовый сдвиг напряжений на ненасыщенном и насыщенном стержнях не учитываются; расчет производится по приближенным формулам для заданного среднего значения входного напряжения.
1) Активное сечение стали ненасыщенного стержня:
Sст1 = 1,1*13 EMBED Equation.3 1415 (см2) (1)
2) Активное сечение стали насыщенного стержня:
Sст2 = 0,6*Sст1 (см2) (2)
3) Число вольт на один виток первичной обмотки:
eо = 0,022*Sст1 (B) (3)
4) Напряжение на конденсаторе
Uc~0,65*Uр(В) (4)
где Uр – допустимое рабочее напряжение
5) Емкость конденсатора
С = 13000*Рн/ Uc2 (Ф) (5)
6) Число витков обмоток стабилизатора:
а) первичная обмотка W1 =Uвх/eо (6)
б) вторичная обмотка W2 = 1,43Uн/eо (7)
в) компенсационная обмотка Wк = 0,25*W2 (8)
г) обмотка W3 = Uc/eo – W2 (9)
48
2.2 Пример расчета
Исходные данные:
(в1 = 0,4 мм = 0,0004 м = 4 * 10-4 м; (в2 = 0,6 мм = 0,0006 м = 6 * 10-4 м; (в3 = 0,8 мм = 0,0008 м = 8 * 10-4 м; Sм = 40 мм2 = 0,00004 м2 =
= 4 * 10-5 м2; n = 16000 витков.
Решение:
13EMBED Equation.31415 (Гн)
13EMBED Equation.31415 (Гн)
13EMBED Equation.31415 (Гн)
Построить график L = f((в)
L(Гн)
13EMBED Excel.Sheet.81415(в (мм)
13
3 Задание:
3.1 Определить индуктивность датчика в зависимости от длины воздушного зазора. Исходные данные для расчета взять из таблицы 1, согласно варианту.
Таблица 1
№ варианта
(в1, (мм)
(в2, (мм)
(в3, (мм)
Sм, (мм2)
n
1
0,3
0,5
0,7
40
16000
2
0,4
0,6
0,8
50
16000
3
0,3
0,5
0,7
60
15500
4
0,4
0,6
0,8
30
16500
5
0,5
0,7
0,9
30
16500
3.2 Произвести расчет
L1=_________________________________________________________ __________________________________________________________
L2=_________________________________________________________ __________________________________________________________
L3=________________________________________________________
____________________________________________________________
3.3 Результаты расчета свести в таблицу 2.
Таблица 2
L1 (Гн)
L2 (Гн)
L3 (Гн)
Построить график L = f((в)
14
I1=
Рн =
Р вых.=
Рб =
Ру =
3.3 Результаты расчета свести в таблицу 2
Таблица 2
Rб
(Ом)
Rэ
(Ом)
I1
(А)
Рн
(Вт)
Рвых. (Вт)
Рб
(Вт)
Ру
(Вт)
4. Контрольные вопросы к практической работе №7 1. Как определить коэффициент усиления многокаскадного МУ, если известны коэффициенты усиления отдельных каскадов?
2. Как определить постоянную времени многокаскадного МУ, если известны постоянные времени отдельных каскадов?
3. Какие виды реверсивных МУ существуют?
4. Как получить реверсивный магнитный усилитель?
5. В чем основные различия реверсивных и нереверсивных МУ?
Список литературы
1. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления.
-М,: «Форум - Инфра - М», 2002 г., -383с.
47
8) Мощность, выделяемая в обмотке управления
Ру = Iу2*Rу (Вт) (8)
2. Пример расчета
Исходные данные:
Rн =5625 Ом; Iн = 5 мА; Iу = 0,25 мА; Rу = 1000 Ом
Решение
Rб = 13 EMBED Equation.3 1415*5625 = 8000 (Ом)
Rэ = 2*5625 = 11250 (Ом)
I1 = 1,7*5 = 8,5 (мА)
Рн = (5*10 -3 )2*5625 = 0,014 (Вт)
Рвых. = 0,014/0,175 = 2,45 (Вт)
Рб = 2,45 – 0,014 = 2,436 (Вт)
Ру = (0,25*10-3 )2 *1000 = 0,625*10-3 (Вт)
3. Задание:
Рассчитать основные параметры реверсивного МУ.
Исходные данные для расчета взять из таблицы 1, согласно варианту.
Таблица 1
№
Rн Ом
Iн
мА
Iу
мА
Rу
Ом
1
2
3
4
5
5000
5500
5400
5650
5300
5,0
4,5
5,5
5,2
6,0
0,35
0,25
0,4
0,3
0,2
1250
1300
1150
1400
1500
3.2 Произвести расчет:
Rб =
Rэ =
I1=
46
Задача №2 Определить параметры обмотки индуктивного
датчика.
2 Пояснения к работе
2.1 Краткие теоретические сведения:
Угловая частота переменного тока определяется по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415, (2)
где f - частота.
Индуктивность датчика:
13 EMBED Equation.3 1415, (3)
где U~ - переменное напряжение,
I~ - переменный ток,
w - угловая частота.
Число витков:
13 EMBED Equation.3 1415, (4)
где Sм - площадь поперечного сечения магнитопровода,
(в - длина воздушного зазора.
Диаметр провода:
13 EMBED Equation.3 1415 (5)
где 13 EMBED Equation.3 1415- допустимая плотность тока
2.2 Пример расчета
Исходные данные:
Sм = 200 мм2 = 2*10-4 м2, (в = 2 мм = 2*10-2 м, I = 10 мA = 0,01 А, (доп = 3 А/мм, U = 220 B, f = 400 Гц
15
Решение:
1.13 EMBED Equation.3 1415
2.13 EMBED Equation.3 1415
3.13 EMBED Equation.3 1415
4.13 EMBED Equation.3 1415
3 Задание:
3.1 Определить параметры обмотки датчика. Исходные данные для расчета взять из таблицы 1, согласно варианту.
Таблица 1
варианта
Sм (мм2)
(в (мм)
I (мA)
(доп (А/мм)
U (B)
f (Гц)
1
2
3
4
5
500
300
400
550
550
3
3
3
9
7
10
10
20
15
25
4
3.5
3.5
3.5
4
220
220
220
220
220
400
400
400
400
400
3.2. Произвести расчет
W =
L =
n =
d =
16
Задача №2: Определить основные параметры реверсивного МУ с балластными сопротивлениями и выходом на постоянном токе.
2. Пояснения к работе
2.1 Краткие теоретические сведения:
Реверсивные МУ – это усилители, в которых при изменении полярности управляющего сигнала изменяется полярность тока нагрузки. Если на выходе реверсивного МУ включается одно сопротивление нагрузки, в котором ток нагрузки может менять полярность при изменении полярности тока управления, применяются схемы с балластными сопротивлениями.
При максимальном токе управления один из МУ, входящих в реверсивный МУ, в котором напряженности смещения и управления вычитаются, работает в режиме близком к холостому ходу, поэтому током на выходе другого МУ можно пренебречь. При этом схему реверсивного МУ можно привести к схеме замещения, в которой сопротивления обмоток Wпос и сопротивления вентилей можно считать включенными в сопротивление Rб, а расчет параметров реверсивного МУ - вести по эквивалентной схеме.
1) Балластное сопротивление
Rб = 13 EMBED Equation.3 1415Rн (Ом) (1)
2) Ток нагрузки
Iн = I1*Rб/(Rн+Rб )(А) (2)
3) Эквивалентное сопротивление
Rэ = 2Rб(Rн+Rб2)/(Rб+Rн )= 213 EMBED Equation.3 1415*Rн2+2Rн2/13 EMBED Equation.3 1415 (Rн+Rн )=2Rн (3)
4) Ток I1
I1= Iн(Rн+13 EMBED Equation.3 1415*Rн)/V2Rн=Iн(1+13 EMBED Equation.3 1415)/13 EMBED Equation.3 1415~ 1,700Iн (А) (4)
5) Мощность, выделяемая в нагрузке
Рн=Iн2*Rн(Вт) (5)
6) Выходная мощность
Рвых=Рн/0,175(Вт) (получено из Рн=0,175*I12*Rэ=0,175*Р1) (6)
7) Мощность, выделяемая на балластном сопротивлении
Рб=Рн– Р1 (Вт) (7)
45
Таблица 1
№
варианта
Кос
Кр ому
Кр1 мму
Кр2 мму
f
Гц
(
1
2
3
4
5
0.96
0,96
0,97
0,97
0,98
3600
3600
3600
6400
6400
60
40
30
80
40
60
90
120
80
160
50
50
50
50
50
1
1
1
1
1
3.2 Произвести расчет:
Крмму =
Тому =
Тмму =
Тому/Тмму =
Вывод:
3.3 Результаты расчета свести в таблицу 2
Таблица 2
Крмму
Тому (С)
Тмму (С)
Тому/ Тмму
44
3.3 Результаты расчета свести в таблицу 2
Таблица 2
W (1/сек)
L (Гн)
n (витков)
d (мм)
4. Контрольные вопросы к практической работе №2
Какие типы индуктивных датчиков существуют?
Укажите реверсивен или нереверсивен одинарный индуктивный датчик?
Объясните цепь преобразований в индуктивном датчике.
Как можно получить дифференциальный индуктивный датчик?
Укажите достоинства и недостатки индуктивных датчиков.
Список литературы
1. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления.
-М,: «Форум - Инфра - М», 2002 г., -383с.
17
Практическая работа №3
Определение основных параметров пьезоэлектрического и емкостного датчиков.
1 Цель работы
1.1 Научиться рассчитывать параметры пьезоэлектрического датчика.
1.2 Научиться рассчитывать параметры емкостного датчика.
Задача №1 Рассчитать параметры пьезоэлектрического датчика.
2 Пояснения к работе.
2.1 Краткие теоретические сведения:
Пьезоэлектрические датчики относятся к датчикам генераторного типа, в которых входной величиной является сила, а выходной – количество электричества. Работа пьезоэлектрического датчика основана на пьезоэффекте, сущность которого заключается в том, что на гранях некоторых кристаллов при их сжатии или растяжении появляются электрические заряды.
величина заряда:
13EMBED Equation.31415(К/Н), (1)
где Ко – пьезоэлектрическая постоянная (модуль),;
Fx – усилие, направленное вдоль электрической оси.
емкость одной пластины:
13EMBED Equation.31415, (пФ) (2)
где Со - емкость одной пластины,;
13EMBED Equation.31415 - относительная диэлектрическая проницаемость;
D - диаметр пластины (диска);
a и b - стороны пластины (прямоугольника);
d - толщина пластины.
18
Т1мму и Т2мму - постоянные времени отдельных каскадов
многокаскадного магнитного усилителя;
f – частота;
(= Rн/R – КПД рабочей цепи
Кос – коэффициент ОС
3) Постоянная времени ММУ (двухкаскадного МУ)
Тмму = Т1мму + Т2мму (c), (3)
2.2 Пример расчета
Исходные данные:
Кос = 0,97; f = 50 Гц; n = 1; Крому = 3600; Кр1мму = 60; Кр2мму = 60
Решение
Крмму = 60*60 = 3600
Тому = 3600*(1 - 0,97)/4*50*1 = 0,54 (с)
Тмму = 60*(1–0,97)/4*50*1+60*(1– 0,97)4*50*1=0,009+0,009= 0,018(с)
Тому/Тмму = 0,54/0,018 = 30
Крому/Крмму = 3600/3600 = 1
Вывод: Коэффициенты усиления однокаскадного и двухкаскадного МУ равны, а инерционность двухкаскадного МУ в 30 раз меньше, чем у однокаскадного.
3. Задание:
3.1 Определить основные параметры МУ и сравнить коэффициенты усиления и инерционности ОМУ и ММУ. Исходные данные для расчета взять из таблицы 1, согласно варианту.
43
Практическая работа №7.
Определение основных параметров многокаскадного и реверсивного магнитных усилителей
1 Цель работы
1.1 Научиться рассчитывать параметры многокаскадного магнитного усилителя.
1.2 Научиться рассчитывать параметры реверсивного магнитного усилителя.
Задача №1: Сравнить постоянные времени однокаскадного и многокаскадного магнитных усилителей (ОМУ и ММУ).
2 Пояснения к работе.
2.1 Краткие теоретические сведения:
Коэффициент усиления ММУ равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов. Постоянная времени ММУ равна сумме постоянных времени отдельных каскадов. Инерционность ММУ определяется, в основном, инерционностью первого каскада, поэтому его выбирают с небольшим коэффициентом усиления, а необходимый коэффициент усиления набирается за счет остальных каскадов. Обычно ММУ включает пять, шесть каскадов
1) Коэффициент усиления по мощности ММУ
Крмму = Кр1мму*Кр2мму, (1)
где Кр1мму - коэффициент усиления по мощности первого каскада,
Кр2мму – коэффициент усиления по мощности второго каскада
2) Постоянные времени ОМУ и первого и второго каскадов ММУ
Тому = Крому*(1- Кос)/4*f*n (c), (2)
T1мму = Кр1мму *(1 – Кос)/4*f*n (c),
T2мму = Кр2мму* (1 – Кос)/4*f*n (c),
где Крому, Кр1мму, Кр2мму – коэффициенты усиления по мощности
однокаскадного, первого и второго каскадов магнитных
усилителей;
42
напряжение между обкладками:
13EMBED Equation.31415(пФ), (3)
где Свх - емкость измеряемой цепи,;
n - количество пластин.
чувствительность датчика:
13EMBED Equation.31415(В/Н), (4)
где Sд – чувствительность датчика,.
2.2 Пример расчета
Исходные данные:
Материал – Кварц, 13EMBED Equation.31415 = 4,5 * 10-11, Ko = 2,5 * 10-12 К/Н; n = 1;
D = 1 см = 1 * 10-2 м; d = 1 мм = 1 * 10-3 м; Fx = 15 Н; Cвx = 17 пФ.
Решение:
1) qx = 2,5 * 10-12 * 15 = 37,5 * 10-12 (К);
2) 13EMBED Equation.31415;
3) 13EMBED Equation.31415(В);
4) 13EMBED Equation.31415.
3 Задание:
3.1 Определить параметры пьезоэлектрического датчика, выполненного в виде прямоугольника (диска) со сторонами a и b (диаметр D), толщиной d, с параллельно соединенными пластинами в количестве “n” штук.
19
Исходные данные для расчета взять из таблицы 1, согласно варианту.
Таблица 1
№
варианта
Материал
13EMBED Equation.31415* 10-11
Ko * 10-12 К/Н
а*b, (см2)
D, (см)
d
(мм)
Fx
(Н)
Свх
(пФ)
n
(шт)
1
Кварц
4,5
2,7
D=1
1
20
16,8
1
2
сегн. Соль
205
150
2 х 1
1
30
13,1
1
3
Кварц
4,5
2,7
1 х 1
2
15
20
2
4
тит. Бария
1500
100
2 х 2
3
40
20
2
5
тит. Бария
1500
100
D=1
1
20
52
1
3.2 Произвести расчет
qх=______________________________________________________________ _________________________________________________________________
Cо=______________________________________________________________ _________________________________________________________________
U=________________________________________________________________________________________________________________________________
Sд=______________________________________________________________ _________________________________________________________________
3.3 Результаты расчета свести в таблицу 2.
Таблица 2
qx, (К/Н)
Со, (пФ)
U, (В)
Sд, (В/Н)
20
G =
q =
Wр =
Qр =
3.3 Результаты расчета свести в таблицу 2
Таблица 2
Кз
Uс
(В)
Нмах
(А/см)
Вст
(Тл)
G
(г)
q
(мм)
Wр
Qр
(мм2)
Контрольные вопросы к практической работе №6
Для чего в схему магнитного усилителя (МУ) вводится обмотка смещения?
Чем отличаются МУ с внешней и внутренней обратными связями
С помощью чего в МУ с внутренней ОС создается эффект обратной связи?
Как осуществляется регулировка коэффициента обратной связи в МУ с внутренней ОС?
Чему равен коэффициент обратной связи в МУ с внутренней ОС?
Список литературы
1. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления.
-М,: «Форум - Инфра - М», 2002 г., -383с.
41
Решение
Кз = 2,8/2,3 = 1,2
Uc = 1,11*1,2*0,68*130 = 115 (В)
Нмах = 50*2*0,48 = 48 (А/см)
4 Вст = 2,8/2 = 1,4 (Тл)
5 V = 115*0,68*104/4,44*400*48*1,4 = 6,54 (см3)
G = 7,8*6,54 = 51 (г)
q = 0,68/4 = 0.27 (мм2)
Wр = 115*104/4,44*400*0,49*1,4 = 943
Qр = 0,27*943/0,325 = 783 (мм2)
3. Задание:
3.1 Рассчитать основные параметры МУ с внутренней ОС, если приращения индукций составляют: ( Вумах = 2,8 Тл и ( Вун = 2,3 Тл, а напряженность поля Нс = 0,48 А/cм. Исходные данные для расчета взять из таблицы 1 согласно варианту.
Таблица 1
№ варианта
Rн (Ом)
Iнмах
( А)
Ккр
(
(г/см2)
J
(А/мм)
S
(см2)
Кзап
f
(Гц)
1
2
3
4
5
120
130
140
125
135
0,62
0,64
0,68
0,66
0,60
50
52
54
52
54
7,8
7,8
7,8
7,8
7,8
4,0
4,0
4,0
4,0
4,0
0,49
0,49
0,49
0,49
0,49
0,325
0,325
0,325
0,325
0,325
400
400
400
400
400
Произвести расчет:
Кз =
Uс =
Нмах =
Вст =
V =
40
Задача №2. Рассчитать основные параметры емкостного датчика угловых перемещений
2 Пояснения к работе
2.1 Краткие теоретические сведения.
Емкостной датчик угловых перемещений имеет вид:
1-подвижная пластина;
2-вал;
3-неподвижная пластина.
1) максимальная емкость датчика при а = 180 равна:
13EMBED Equation.31415(Ф), (5)
где Sмах - площадь взаимодействия между подвижной и одной из
неподвижных пластин,
Сmaх - максимальная емкость,
d-расстояние между пластинами,
ег=1 (диэлектрик-воздух).
отсюда общее количество подвижных и неподвижных пластин
13EMBED Equation.31415(штук), (6)
полученное количество округляем до целого числа.
2) чувствительность датчика определяем по формуле:
13EMBED Equation.31415 (7)
21
2.2 Пример расчета
Исходные данные:
Smax=15см 2; Сmaх=400; d=0,8; ег=1.;
Решение:
13EMBED Equation.31415=22(штук);
13EMBED Equation.31415=2
3 Задание:
3.1 Определить основные параметры емкостного датчика. Исходные данные для расчета взять из таблицы 1.
Таблица 1.
№ варианта
Smax, (см2)
Cmax (пФ)
d (мм)
1
12
400
0,5
2
10
200
0,6
3
15
600
0,4
4
18
830
0,8
5
15
440
0,6
3.2 Произвести расчет
n=________________________________________________________
__________________________________________________
Sд=________________________________________________________
____________________________________________________________
22
Задача №2 Определить параметры МУ с внутренней ОС.
2. Пояснения к работе
2.1 Краткие теоретические сведения:
1) Коэффициент запаса
Кз = (Вумах /(Вун, (6)
где (В – приращение индукции
2) Напряжение, питающее схему
Uс = 1,11*(1,2 ( 2,0)*Iнмах*Rн(В) (7)
3) Максимальная напряженность
Hмах = Ккр*2Нс (А/см), (8)
где Ккр – коэффициент кратности
4) Индукция
Вст = (Вумах/2 (Тл) (9)
5) Объем сердечника
V = Uc*Iнмах*104/4,44*f*Hмах*Вст (cм3) (10)
6) Масса сердечника
G =(*V (г), (11)
где ( – удельная масса магнитного материала
7) Сечение провода
q = Iнмах/j (мм2), (12)
где j – допустимая плотность тока
8) Число витков рабочей обмотки
Wp = Uc*104/4,44*f*S*Вст, (13)
где S - сечение сердечника
9) Площадь окна
Qр = q*Wр/Kзап. (см2), (14)
где Кзап. – коэффициент заполнения
2.2 Пример расчета
Исходные данные:
Rн =130 Ом, Iнмах = 0,68 А, f = 400 Гц, Ккр = 50, ( Вумах = 2,8 Тл,
( Вун = 2,3 Тл, Нс = 0,48 А/ cм, ( = 7,8 г/см2 , j = 4,0 А/мм, S = 0,49 см2 , Кзап. = 0,325.
39
3.Задание:
3.1 Рассчитать параметры обмотки смещения. Исходные данные для
расчета взять из таблицы 1, согласно варианту
Таблица 1
№ варианта
Ну(А/м)
k
а(м)
Iсм(А)
qсм(К)
lсм(мм)
Uc(В)
·
1
0,05
25
0,9
0,006
0,012
0,055
220
1/57
2
0,04
25
0,8
0,005
0,013
0,055
130
1/57
3
0,03
30
0,6
0,004
0,0113
0,045
130
1/57
4
0,07
35
0,7
0,005
0,013
0,055
220
1/57
5
0,06
40
0,7
0,003
0,0113
0,035
130
1/57
3.2 Произвести расчет
l=______________________________________________________________________________________________________________________
Fсм=________________________________________________________ ____________________________________________________________
·см=________________________________________________________ ____________________________________________________________
Rсм=________________________________________________________ ____________________________________________________________
Rрег=_______________________________________________________ ____________________________________________________________
3.3 Результаты расчета свести в таблицу 2.
Таблица 2.
l (м)
Fсм (Н)
·cм
Rсм(Ом)
Rрег(Ом)
38
3.3 Результаты расчета свести в таблицу 2.
Таблица 2
n (шт)
Sд
4. Контрольные вопросы к практической работе №3
1. Какие материалы используются для пьезоэлектрических датчиков?
2. В чем суть пьезоэффекта?
3. Где находят применение датчики, основанные на прямом и обратном пьезоэффектах?
4. Как определить чувствительность емкостного датчика, зная его емкость?
5. Какие виды емкостных датчиков существуют?
Список литературы
1. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления.
-М,: «Форум - Инфра - М», 2002 г., -383с.
23
Практическая работа № 4
Определение основных параметров
электромагнитного реле постоянного тока
1 Цель работы
1.1 Научиться рассчитывать параметры электромагнитного реле.
1.2 Научиться рассчитывать параметры обмотки электромагнитного реле.
Задача №1. Рассчитать параметры электромагнитного реле.
2 Пояснения к работе.
2.1 Краткие теоретические сведения:
Реле – это устройство, которое автоматически осуществляет скачкообразное переключение выходного сигнала под воздействием управляющего сигнала, изменяющегося непрерывно в определенных пределах. Электромагнитные реле по роду используемого тока делятся на реле постоянного и переменного тока. Реле постоянного тока делятся на нейтральные и поляризованные. Рассмотрим основные параметры, характеризующие работу, нейтрального электромагнитного реле постоянного тока.
площадь воздушного зазора:
13EMBED Equation.31415 13EMBED Equation.31415, (1)
где S
· - площадь воздушного зазора, (мм2);
D - диаметр катушки.
величина магнитного потока:
13EMBED Equation.31415(Вб), (2)
где F – намагничивающая сила.
24
3) число витков обмотки смещения:
13EMBED Equation.31415, (3)
где Iсм – ток смещения.
4) сопротивление провода обмотки смещения:
13EMBED Equation.31415*
·(Ом) (4)
5) добавочное регулировочное сопротивление в цепи смещения:
13EMBED Equation.31415(Ом). (5)
Пример расчета
Исходные данные:
k = 20; а = 0,7; Ну = 0,06А/м; Iсм = 0,005А;
· = 1/57; qсм = 0,0113К;
lсм = 0,055мм; Uс = 130 В.
Решение:
1) l = 20*0,7=14 (м);
2) Fсм = 0,06*14=0,084 (Н);
3)
·см = 0,84/0,005=170 (витков);
4) Rсм = 170*0,055/57*0,0113=14,5 (Ом);
5) Rрег = (130/1,11*0,005)-14,5=23400 (Ом).
37
Практическая работа №6.
Определение основных параметров магнитного усилителя с внешней и внутренней обратными связями.
1 Цель работы
1.1 Научиться рассчитывать параметры обмотки смещения магнитного усилителя с внешней обратной связью.
1.2 Научиться рассчитывать параметры магнитного усилителя с внутренней обратной связью.
Задача №1. Определить параметры обмотки смещения магнитного усилителя с внешней обратной связью.
2 Пояснения к работе.
2.1 Краткие теоретические сведения:
В МУ для осуществления внешней обратной связи предусматривается специальная обмотка обратной связи, которая располагается на сердечниках так же как и обмотка управления. В МУ с внутренней ОС постоянное магнитное поле создается за счет постоянной оставляющей тока нагрузки, протекающей по рабочим обмоткам усилителя, т.е., нет необходимости в специальных обмотках ОС. Другое название МУ с внутренней ОС - МУ с самоподмагничиванием или с самонасыщением.
длина обмотки:
l=k*а(м), (1)
где k - коэффициент кратности;
2) сила смещения:
Fсм = Ну*l (Н), (2)
36
магнитная индукция:
13EMBED Equation.31415(Тл), (3)
магнитное напряжение, приходящееся на воздушный зазор:
13EMBED Equation.31415(А), (4)
где 13EMBED Equation.31415магнитная проницаемость.
2.2 Пример расчета
Исходные данные:
FK = 80 Н; D = 14 мм = 14( 10-3 м; ( = 0,15 мм = 1,5( 10-4 м
Решение:
1) 13EMBED Equation.31415;
2) 13EMBED Equation.31415;
3) 13EMBED Equation.31415;
4) 13EMBED Equation.31415(А).
3. Задание:
3.1 Рассчитать параметры электромагнитного реле. Исходные данные для расчета взять в таблице 1, согласно варианту.
25
Таблица 1
№ варианта
F (Н)
D (мм)
( (мм)
1
50
20
0,2
2
90
12
0,9
3
40
17
0,1
4
100
29
1,2
5
130
30
1,5
3.2 Произвести расчет:
S
·=_____________________________________________________________________________________________________________________
Ф
·=____________________________________________________________________________________________________________________
В
·=_____________________________________________________________________________________________________________________
I*
·
·=_______________________________________________________
____________________________________________________________
3.3 Результаты расчета свести в таблицу 2.
Таблица 2
S
· (м2)
Ф
· (Вб)
В
·(Тл)
I
·
·
·(А)
26
3.2 Произвести расчет
Рн=_______________________________________________
Рy =______________________________________________
Кр=______________________________________________
Uc=______________________________________________
13EMBED Equation.31415 = __________________________________________
а=_______________________________________________
3.3 Результаты расчета свести в таблицу 2.
Таблица 2
Рн (Вт)
Ру (Вт)
Кр
Uc (В)
Wp/Lcp
а
4. Контрольные вопросы к практической работе №5
1. На какие типы делятся электромагниты по конструктивному исполнению?
2. Почему клапанные электромагниты развивают большое тяговое усилие?
3. На чем основан принцип действия магнитного усилителя?
4. Для чего в схемы магнитных усилителей вводится обратная связь?
5. Какие бывают магнитные усилители с внешней обратной связью?
Список литературы
1. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления.
-М,: «Форум - Инфра - М», 2002 г., -383с.
35
2.2 Пример расчета
Исходные данные:
Iн = 6 * 13EMBED Equation.31415А; Rн = 650 Ом; Ry = 660 Ом; Iy = 3 * 13EMBED Equation.31415А; f = 50 Гц; KB = 1; H~мах = 0,75; Kср = 20; B = 0,45 Тл.
Решение:
1) 13EMBED Equation.31415;
2) 13EMBED Equation.31415;
3) 13EMBED Equation.31415;
4) 13EMBED Equation.31415;
5) 13EMBED Equation.31415;
6) 13EMBED Equation.31415.
3.Задание: Определить основные размеры сердечника МУ с внешней ОС.
3.1 Исходные данные для расчета взять из таблицы 1, согласно варианту.
Таблица 1
№ варианта
Iн
10-3 (A)
Rн (Ом)
Ry (Ом)
Iy
10-4 (A)
f
(Гц)
H~
max (В)
Kв
Кср
Вст
(Тл)
1
6
650
650
3
50
0,75
1
20
0,45
2
6
680
670
4
50
0,75
1
20
0,45
3
7
660
680
3
50
0,75
1
25
0,45
4
8
750
660
5
50
0,75
1
20
0,45
5
8
630
650
3
50
0,75
1
20
0,45
34
Задача №2 Определить параметры обмотки электромагнитного реле.
2 Пояснения к работе
2.1 Краткие теоретические сведения:
1) длина окна намотки:
LK = b - a ( - b ( (мм), (5)
где LК – длина окна обмотки;
b - наружный размер обмотки;
a' и b' – толщина щек катушки.
2) внутренний диаметр намотки:
13EMBED Equation.31415(мм), (6)
где ДВН - внутренний диаметр обмотки;
dс - диаметр сердечника;
h - высота окна.
наружный диаметр:
13EMBED Equation.31415(мм), (7)
где ДНАР - наружный диаметр,
13EMBED Equation.31415 (мм2), (8)
где Q0 - площадь окна,
5) средняя длина витка:
13EMBED Equation.31415(мм), (9)
где LСР - средняя длина витка.
6) диаметр обмотки провода равен:
13EMBED Equation.31415(мм), (10)
где d - диаметр обмотки провода,;
13EMBED Equation.31415- удельное сопротивление материала провода;
F - намагничивающая сила;
U - напряжение в обмотке.
2.2 Пример расчета:
Исходные данные:
b = 90 мм; dc = 8 мм; U = 12 В; a ( = 2 мм; b ( = 4 мм; ( = 0,0175 Ом * м; F = 307,6 Н; h = 0,25 мм.
27
Решение:
1) 13EMBED Equation.31415;
2) 13EMBED Equation.31415;
3) 13EMBED Equation.31415;
4) 13EMBED Equation.31415;
5) 13EMBED Equation.31415;
6) 13EMBED Equation.31415.
3. Задание:
3.1 Рассчитать параметры обмотки реле. Исходные данные для расчета взять из таблицы 1, согласно варианту.
Таблица 1
№ варианта
b (мм)
dс (мм)
U (В)
a ( (мм)
b ( (мм)
( (Ом*м)
F (Н)
h (мм)
1
100
10
14
4
6
0,0275
97,035
0,35
2
70
15
16
6
8
0,0375
955,895
0,45
3
60
20
18
8
1
0,0475
500,123
0,55
4
110
25
20
10
12
0,0575
569,176
0,65
5
130
30
22
12
14
0,0675
718,264
0,75
3.2 Произвести расчет
LK=___________________________________________________________________________________________________________________
ДВН=_______________________________________________________
___________________________________________________________
ДН=______________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
28
Задача №2: Определить основные параметры магнитного усилителя с внешней ОС.
2 Пояснения к работе.
2.1 Краткие теоретические сведения:
Магнитный усилитель (МУ) – это статическое электромагнитное устройство, состоящее из сердечника и наложенных на него обмоток. Принцип действия МУ основан на использовании зависимости индуктивности катушки с ферромагнитным сердечником от величины подмагничевающего тока, создаваемого управляющим входным сигналом.
Для повышения коэффициента усиления и быстродействия в МУ вводится обратная связь (ОС). ОС может быть внешней и внутренней.
1) мощность нагрузки:
13EMBED Equation.31415(Вт). (7)
2) мощность управления:
13EMBED Equation.31415(Вт), (8)
где 13EMBED Equation.31415 - токи на входе и на выходе;
13EMBED Equation.31415 - сопротивления нагрузки и цепи управления;
3) коэффициент усиления по мощности:
13EMBED Equation.31415. (9)
4) величина напряжения питания схемы:
13EMBED Equation.31415(В). (10)
удельное количество витков рабочей обмотки:
13EMBED Equation.31415, (11)
где H~мах - максимальная напряженность поля;
IH - максимальный ток нагрузки.
6) основной размер сердечника:
13EMBED Equation.31415 (12)
где f - частота переменного тока;
KB, Kср - постоянные для данного сердечника;
B - индукция.
33
3. Задание:
3.1 Определить основные параметры клапанного электромагнита. Исходные данные для расчета взять из таблицы 1, согласно варианту:
Таблица 1
№
Fэ
(Н)
(
(мм)
Вст
(Тл)
(
(
(0
1
2
3
4
5
155
195
325
225
155
0,5
0,7
1,2
1,5
2,5
1,2
1,25
1,3
1,35
1,4
1,5
1,5
1,75
1,75
2,0
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
4
·10-7
4
· 10-7
4
· 10-7
4
· 10-7
4
· 10-7
3.2. Произвести расчет:
А =
S =
Sc =
Sя =
Sяк =
I*w =
3.3 Результаты расчета свести в таблицу 2
Таблица 2
А (H/см)
В(
(Тл)
S
(мм2)
Sc
(мм2)
Sя
(мм2)
Sяк
(мм2)
I*w
(А)
32
Q0=_______________________________________________________
__________________________________________________________
Lср=_______________________________________________________
___________________________________________________________
d=_____________________________________________________________________________________________________________________
3.3 Результаты расчета свести в таблицу 2.
Таблица 2
LК (мм)
ДВН (мм)
ДН (мм)
Q0 13EMBED Equation.31415
Lср (м)
d (мм)
4. Контрольные вопросы к практической работе №4
В чем различие нейтральных и поляризованных электромагнитных реле?
Как должны располагаться тяговая и механическая характеристики электромагнитного реле друг относительно друга?
3. Какие этапы работы электромагнитного реле существуют?
4. Какие бывают типы нейтральных электромагнитных реле?
5. Какие существуют виды настройки контактов поляризованного реле?
Список литературы
1. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления.
-М,: «Форум - Инфра - М», 2002 г., -383с.
29
Практическая работа №5
Определение основных параметров исполнительного
электромагнитного устройства автоматики и магнитного усилителя
1 Цель работы
1.1 Научиться рассчитывать параметры клапанного электромагнита.
1.2 Научиться рассчитывать параметры магнитного усилителя с внешней обратной связью.
Задача №1. Определить основные параметры клапанного электромагнита
2 Пояснения к работе.
2.1 Краткие теоретические сведения:
Электромагниты бывают:
по виду тока в обмотке - постоянного и переменного токов;
по скорости срабатывания – быстродействующие, нормальные и замедленного действия;
по назначению - приводные и удерживающие;
по конструктивному исполнению - клапанные (поворотные), прямоходные и с поперечным движением якоря.
Клапанные электромагниты имеют небольшое перемещение якоря
(несколько мм) и развивают большое тяговое усилие.
1. Конструктивный фактор
А = 13 EMBED Equation.3 1415 (Н/Ом), (1)
где Fэ – тяговое усилие,
( – ход якоря
2. Индукция в зазоре В( (Тл)
(выбирается по зависимости В( = f (А))
3 Площадь сечения полюсного наконечника
S = Fэ/4*В(2*105(мм2), (2)
(получено из формулы Fэ = 4*В(2*S*105 )
30
4. Сечения сердечника магнитопровода
Sc= Sя = (* В(*S/Вст(мм2), (3)
где Вст – индукция в стали
где ( – коэффициент рассеяния магнитной системы
5. Сечение ярма магнитопровода
Sя = Sяр (мм2), (4)
6. Сечение якоря магнитопровода
Sяк = Sс/( (мм2), (5)
7. Полная МДС катушки
I*w =В(*(/(0(1 – () (А) (6)
где ( – коэффициент, характеризующий отношение МДС, не участвующей в создании тягового усилия к общей МДС катушки
2.2 Пример расчета
Исходные данные:
Fэ = 256 Н , (=16 мм = 1,6 см = 1,6*10(2 м, Bст = 1,2 Тл, ( = 2,
(= 0,15, (0 = 4*3,14*10(7 Гн/м, В( = 1,1 Тл
Решение:
1. А=13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415=10 (Н/см)
2. S = 250/4*1,1*1,1*105 = 5,2*10(4(м2) = 5,2 (см2)
3. Sc = 2*1,1*5,2/1,2 = 9,7 (см2)
4. Sя = 9,7 (см2)
5. Sяк = 9,7/2 = 4,85 (см2)
6. I*w = 1,1*1,6 *10(2/4*3,14*10(7 (1 – 0,15) =16*103 (А)
31
Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeArial Cyr1"ИArial Cyr1"ИArial Cyr1"ИArial Cyr1"ЬArial Cyr1"ЬArial Cyr1"лArial Cyr1"л
·
·Arial Cyr1"ЬArial Cyr1"Ь
·
·Arial CyrО/15
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·#,##0"р.";[Red]\-#,##0"р."О;
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·#,##0.00"р.";[Red]\-#,##0.00"р."Оk*3
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·_-* #,##0_р_._-;\-* #,##0_р_._-;_-* "-"_р_._-;_-@_-О{,;
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·_-* #,##0.00_р_._-;\-* #,##0.00_р_._-;_-* "-"??_р_._-;_-@_-О¤
·
·а14 L (Гн)
·13
· d d d d d d dL (Гн)
·HP DeskJet 690C Series v11.0Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native