Методические указания к самостоятельным работам по курсу Элементы и узлы периферийных устройств компьютерных систем

115172, Москва, ул. Б.Каменщики, д. 7; тел., факс: (495) 911-20-77; e-mail: 54@prof.educom.ru
УТВЕРЖДАЮ
Зам. директора по УМР
_____________ И.Г. Бозрова«_____» ______________2016 г.
Трансформаторные и генераторные датчики
СБОРНИК МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ
ДЛЯ СТУДЕНТОВ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ РАБОТ
ДИСЦИПЛИНА «ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ»
специальность 10.02.02 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем»
РАССМОТРЕНО
На заседании ПЦК ОПД и ПМ Специальности Информационная безопасность телекоммуникационных систем
_____________ О.В. Пешкина«__» ____________2016 г. РАЗРАБОТЧИК
___________ С.М. Володин
Москва 2016 г.
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Предисловие 3
Самостоятельная работа №1 «Исследование трансформаторного датчика – вращающегося трансформатора» 5
Самостоятельная работа №2 «Исследование трансформаторного датчика – сельсина»
Самостоятельная работа №3 «Исследование индукционного датчика – тахогенератора постоянного тока»
Самостоятельная работа №4 «Исследование индукционного датчика – асинхронного тахогенератора»
36
67
90

ПРЕДИСЛОВИЕ
Методические указания для выполнения самостоятельных работ являются частью основной профессиональной образовательной программы Государственного бюджетного профессионального образовательного учреждения «Колледж связи №54» им. П.В. Вострухина по специальности СПО 10.02.02 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем» в соответствии с требованиями ФГОС СПО третьего поколения.
Основным содержанием самостоятельных работ является обучение и контроль знаний по периферийным устройствам компьютерных систем, а именно датчиков - трансформаторных и генераторных, а также компьютерное исследование различных режимов их работы и характеристик. Каждая самостоятельная работа выполняется в объеме 8 часов.
В методических указаниях рассмотрен процесс работы автоматизированными обучающими системами (АОС) по периферийным устройствам компьютерных систем (вращающимся трансформаторам, сельсинам, тахогенераторам постоянного тока, асинхронным тахогенераторам.Под автоматизированной обучающей системой понимается функционально взаимосвязанный набор подсистем учебно-методического, информационного, математического и инженерно-технического обеспечения на базе средств вычислительной техники, предназначенный для оптимизации процесса обучения в различных его формах и работающий в диалоговом режиме коллективного пользования. В рамках автоматизированного обучения учебный материал часто оформляется в виде обучающей программы.
Методические указания созданы в помощь для самостоятельной работы, подготовки к самостоятельной работе по изучению периферийных устройств, исследования их характеристик, правильного составления отчетов.
Приступая к выполнению самостоятельной работы, необходимо внимательно прочитать цель работы, ознакомиться с требованиями к уровню подготовки в соответствии с федеральными государственными стандартами третьего поколения (ФГОС-3), краткими теоретическими сведениями и учебно-методическими материалами по теме самостоятельной работы, пройти допуск к лабораторному исследованию, собрать схемы исследованию в режиме человеко – машинного диалога, выполнить исследование характеристик, ответить на контрольные вопросы для закрепления теоретического материала и сделать выводы.
Отчет о выполнении самостоятельной работы необходимо сдать преподавателю в срок, установленный календарно – тематическим планом.
Наличие положительных оценок по самостоятельным работам необходимо для допуска к дифференцированному зачету по дисциплине, поэтому необходимо найти время для ее выполнения или защиты.
Внимание! Если в процессе подготовки к самостоятельным работам или при их выполнении возникают вопросы, разрешить которые самостоятельно не удается, необходимо обратиться к преподавателю для получения разъяснений или указаний в дни проведения дополнительных занятий.
1. ВРАЩАЮЩИЕСЯ (ПОВОРОТНЫЕ) ТРАНСФОРМАТОРЫ
1.1. Описание предметной области по вращающимся трансформаторам.
Вращающимися (поворотными) трансформаторами называют электрические микромашины переменного тока, предназначенные для и преобразования угла поворота ротора в напряжение, пропорциональное некоторым функциям угла или самому углу. Вращающиеся трансформаторы применяются в аналого-цифровых преобразователях типа “угол-амплитуда-код” и “угол-фаза-код”; в системах дистанционной передачи угла повышенной точности; в качестве датчиков обратной связи по углу в цифровых следящих системах и системах программного управления промышленными роботами и автоматами; в некоторых электромеханических вычислительных устройствах, предназначенных для решения тригонометрических задач и преобразования координат.
В зависимости от режима работы, определяемого схемой включения обмоток, вращающиеся трансформаторы подразделяют на:
синусно-косинусные (СКВТ), у которых выходное напряжение одной обмотки пропорционально синусу угла поворота ротора, а другой обмотки – косинусу угла поворота ротора;
линейные (ЛВТ), у которых выходное напряжение пропорционально углу поворота ротора;
масштабные (МВТ), у которых выходное напряжение пропорционально входному и коэффициент пропорциональности (масштаб) определяется углом поворота ротора;
датчики и приемники трансформаторных дистанционных передач угла (ДПВТ), выполняющие функции, аналогичные трансформаторным сельсинам;
преобразователи координат, осуществляющие поворот осей декартовой системы координат или переход к полярной системе координат (построители);
первичные преобразователи угла для индукционных фазовращателей, осуществляющих преобразование пространственного угла во временной.
Основным требованием, предъявляемым к вращающимся трансформаторам, является максимальная точность преобразования угла в напряжение по заданному функциональному закону.
1.2. Конструкция и принцип действия ВТВращающиеся трансформаторы в основном являются двухполюсными машинами. Однако в аналоговых и аналого-цифровых системах дистанционной передачи угла повышенной точности применяют и многополюсные вращающиеся трансформаторы.
Вращающиеся трансформаторы по конструкции и наличию скользящего контакта подразделяются на контактные и бесконтактные. На рисунке 1 показана конструкция контактного вращающегося трансформатора. Магнитопроводы статора 1 и ротора 3 собирают из листов электротехнической стали или пермаллоя – материала с малым магнитным сопротивлением. Листы отделяют друг от друга изоляционным лаком.
– магнитопровод статора
– обмотки статора
– магнитопровод ротора
– обмотки ротора
– контактные кольца
– щетки
Рис. 1 Конструкция контактного вращающегося трансформатора
В пазах магнитопроводов статора и ротора размещают по две распределенные обмотки, сдвинутые между собой на 90º. Обмотки статора 2 выполняют обычно одинаковыми, т.е. с одинаковым числом витков, одним сечением обмоточного провода и по одной схеме. Одинаковыми изготовляют и роторные обмотки. Выводы статорных обмоток подводят непосредственно к соединительным колодкам. Выводы роторных обмоток 4 вращающихся трансформаторов контактного типа выводят через токосъемное устройство: четыре контактных кольца 5 и щетки 6.
Конструкция вращающихся трансформаторов и технология их изготовления должны обеспечивать при повороте ротора изменение взаимоиндуктивности между обмотками статора и ротора по закону, наиболее близкому к идеальной синусоиде. Допустимые погрешности во многих случаях не должны превышать 0,005%, т.е. ординаты действительной кривой изменения взаимоиндуктивности от угла поворота ротора в любой точке не должны отличаться от ординат синусоиды более чем на 0,00005 ее амплитудного значения.
Вращающиеся трансформаторы изготовляют в основном с номинальной частотой не ниже 400 Гц.
Синусно-косинусный вращающийся трансформатор
Принцип работы СКВТ сводится к получению синусной или косинусной функции угла поворота ротора. Поскольку выходное напряжение вращающихся трансформаторов должно строго подчинятся закону синуса или косинусу угла поворота ротора, приходится прибегать к так называемому симметрированию, т.е. устранению погрешности от поперечной реакции выходных обмоток путем компенсации этой реакции. Симметрирование вращающихся трансформаторов является также радикальным средством уменьшения фазы выходной ЭДС.
Работа СКВТ осуществляется в двух режимах:
работа при холостом ходе;
работа при нагрузке.
При работе на нагрузку рассматривается симметрирование двух видов:
первичное симметрирование (рис.2);
вторичное симметрирование (рис.3).
При первичном симметрировании ВТ квадратурная обмотка В3В4 замыкается на нагрузку Zнагр.кв. На эквивалентной схеме витки этой обмотки w1 и поперечные витки обмотки С1С2 представляют собой трансформатор. Ток Iс создает магнитный поток Фqc, сцепленный с витками w1 обмотки В3В4. В квадратурной обмотке наводится ЭДС, течет ток и создается поток Фкв, направленный встречно к Фqc и ослабляющий его. Для полной компенсации Zнагр.кв должно быть равно выходному сопротивлению источника питания ВТ. При достаточно мощных источниках питания обычно выводы квадратурной обмотки просто закорачивают, т.е. Zнагр.кв.=0.

Рис. 2. Схема первичного симметрирования ВТПри вторичном симметрировании вращающегося трансформатора, синусная обмотка которого подключена к выводам приемника, включается соответствующее сопротивление и в цепь второй выходной обмотки – косинусной. Следует отметить, что в отличие от первичного симметрирования, при выполнении условия вторичного симметрирования входное сопротивление вращающегося трансформатора не зависит от угла поворота ротора. Однако применение вторичного симметрирования затрудняется при переменной внешней нагрузке вращающегося трансформатора, так как ее значение входит в условие симметрирования. В этом случае целесообразнее первичное симметрирование.
Линейный вращающийся трансформатор
ЛВТ предназначены для получения линейной выходной характеристики. Симметрирование линейных вращающихся трансформаторов бывает как первичное, так и вторичное. Следует отметить, что ВТ, предназначенные специально для линейного режима, могут быть выпущены с дополнительными обмотками, которые повышают точность аппроксимации линейного закона.
Токи Iс и Iк создают поперечные потоки, направленные в противоположные стороны, т.е., взаимно ослабляющие друг друга.Zнагр.с+Zс=Zнагр.к+Zк – условие вторичного симметрирования, где Zср и Zк – сопротивления обмоток.
Рис. 3. Схема вторичного симметрирования ВТМасштабный вращающийся трансформатор
Масштабные вращающиеся трансформаторы приводят в соответствие выходное напряжение предыдущей ступени схемы с требуемым входным напряжением последующей ступени без нарушения закона изменения напряжения. МВТ включают по обычной схеме синусного вращающегося трансформатора с первичным симметрированием.
СКВТ, работающий в режиме преобразователя координат
Синусно-косинусный вращающийся трансформатор можно использовать для определения длины вектора и его аргумента по заданным составляющим в декартовой системе координат, т.е. для преобразования декартовых координат в полярные.
СКВТ, работающий в режиме фазовращателяФазовращатели, выполненные на базе СКВТ, бывают двух основных типов:
с двухфазным напряжением питания (с вращающимся полем возбуждения);
с однофазным напряжением питания (с пульсирующим полем возбуждения).
1.3 Погрешности вращающихся трансформаторовВращающиеся трансформаторы обычно работают в устройствах и приборах высокой точности, где вопрос погрешностей является одним из основных. Погрешности преобразования углового перемещения в напряжение у вращающихся трансформаторов в зависимости от их физической природы можно подразделить на четыре группы:
погрешности, определяемые принципом работы в данном режиме;
погрешности, определяемые конструкцией;
погрешности, определяемые технологией изготовления;
погрешности, определяемые условиями эксплуатации.
Класс точности вращающихся трансформаторов устанавливается для нормальных условий эксплуатации. При определении класса точности учитываются следующие показатели:
погрешность отображения функциональной зависимости;
асимметрия нулевых положений ротора ВТ;
ЭДС квадратурной обмотки;
остаточная ЭДС;
разность коэффициентов трансформации.
2. Структура автоматизированной обучающей подсистемы по ВТ.
Схема структуры автоматизированной обучающей подсистемы (АОС) по вращающемуся трансформатору с комплексом лабораторного исследования приведена на рис.4.
Рис. 4. Структура автоматизированной обучающей подсистемы (АОС) по вращающимся трансформаторам с комплексом лабораторного исследования.
3. Методика обучения в АОС по вращающимся трансформаторам
Под автоматизированной обучающей системой в настоящей работе понимается такая программно-аппаратная система, которая организует и/или поддерживает процесс формирования (корректировки, закрепления) у пользователя-ученика знаний, опыта и навыков из выбранной для обучения предметной области. В процессе обучения с применением АОС возникает необходимость в решении следующих основных задач.
Передача знаний от системы к обучаемому.
Репетирование, т.е. закрепление у обучаемого определённых навыков.
Контроль знаний и представление дополнительных сведений по запросу.
Методика обучения в подсистеме строится на основании разработанной структуры базы знаний предметной области по вращающимся трансформаторам, представленная на рис.5.

Рис. 5. Структура базы знаний АОС по вращающимся трансформаторам.
Под знаниями будем понимать совокупность сведений у индивидуума, общества или искусственной системы о мире (конкретной предметной области, совокупности объектов или объекте), включающих в себя информацию о свойствах объектов, закономерностях процессов и явлений, правилах пользования этой информацией для принятия решений.
В зависимости от последовательности проработки учебной информации различают три вида обучающих программ (ОП):
Линейная ОП – это жёстко установленная последовательность кадров, одинаковая для всех обучаемых.
Разветвлённая ОП – это такая последовательность кадров, при которой обучаемые разной степени подготовленности продвигаются по обучающей программе различными путями:
при правильном ответе некоторые кадры могут быть пропущены;
при неправильном ответе предусматриваются дополнительные кадры;
Многоуровневая ОП включает в себя несколько уровней изложения одного и того же материала, предназначенных для обучаемых разной степени подготовленности.
В АОС по вращающимся трансформаторам была выбрана методика обучения, характеризующаяся следующими параметрами:
вид управления процессом обучения - смешанный;
вид информационных процессов - рассеянный;
тип обучающей программы - в соответствии с поставленной задачей в одной подсистеме реализовано два типа ОП - КП и ИП;
вид обучающей программы - линейный.
4. Методика контроля знаний в АОС по вращающимся трансформаторам
Режим контроля знаний включает в себя четыре различных варианта тестирования, позволяющих объективно оценить знания студентов по разделу «Вращающиеся трансформаторы».
“Полный контроль знаний” позволяет определить общий уровень подготовки. Студенту предлагается ответить на вопросы по трем разделам:
1. "Конструкция вращающихся трансформаторов, общие вопросы".
2. "Физика процессов, принцип действия, уравнения".
3. "Вопросы на знание характеристик вращающихся трансформаторов".
После каждого ответа студенту сообщается верно или неверно он ответил на вопрос. В конце тестирования выставляется оценка.
Оценка считается по принципу:
" Пять " - верных ответов 90%
" Четыре " - верных ответов 75%
" Три " - верных ответов 60%
" Два " - верных ответов менее 60%
“Контроль знаний с обучением” дает возможность проверить знания и устранить возникшие трудности. Режим ориентирован на студентов, желающих закрепить полученные знания и восполнить существующие пробелы. Этот режим в основном направлен на достижение учащимися обязательного уровня знаний по теме “Вращающиеся трансформаторы”.
“Экспресс-контроль знаний” рекомендуется для защиты лабораторной работы по исследованию вращающегося трансформатора.
Предполагается, что основные теоретические сведения студенту уже известны и лабораторная работа выполнена в полном объеме. В данном режиме контроля по желанию преподавателя студенту задается от 3 до 9 вопросов по трем разделам (соответственно от 1 до 3 вопросов в каждом разделе):
Тестирование в режиме “Экспресс-контроль знаний” проводится с учетом времени. На каждый ответ дается по 60 секунд. Если студент не успевает ответить в течение 60 секунд, ответ приравнивается к неверному.
В процессе тестирования студенту не сообщается верно или неверно он отвечает. Только после окончания тестирования сообщаются результаты и оценка.
“Экспресс-контроль знаний” позволяет определить, насколько студент овладел необходимыми знаниями и умениями в процессе выполнения лабораторной работы по исследованию вращающегося трансформатора.

“Допуск к лабораторным испытаниям” используется для проверки уровня знаний, необходимых студенту для выполнения лабораторной работы по исследованию вращающегося трансформатора. Для этого необходимо дать по одному правильному ответу в каждом из пяти разделов:
«Вопросы на знание приборов и выходных характеристик снимаемых при исследовании устройства».
«Вопросы на знание приборов и выходных параметров задаваемых при исследовании устройства».
«Вопросы на знание режимов работы устройств».
«Вопросы на знание явлений реакции ротора».
«Вопросы на знание схем исследования ВТ».
Во всех режимах тестирования в качестве основной формы диалога “вопрос-ответ” выбран вопрос типа multiple choice (выбор одного из нескольких).
5. Порядок работы АОС по вращающимся трансформаторам.
5.1. Установка системы на жёсткий диск.
Установка системы на жесткий диск производится непосредственным переносом файлов с носителя (дискеты, CDROM) на жесткий диск компьютера. При этом необходимо выполнить следующие действия:
Создать на выбранном диске директорию (например, VT).
Скопировать в эту директорию 46 файл:
vt.exe - основная программа для запуска системы;
vtfilm.ppt – обучающий слайд-фильм;
vt.ini - основной файл, отвечающий за работу подсистемы
vt.hlp - файл справочной службы;
vtcont1.dat, vtcont2.dat, vtcont3.dat, vtcont1.bmp, vtcont2.bmp, vtcont3.bmp – файлы с текстовыми и графическими вопросами для режима полного контроля знаний;
vthlp11.bmp, vthlp12.bmp, vthlp13.bmp, vthlp14.bmp, vthlp19.bmp, vthlp21.bmp, vthlp210.bmp, vthlp211.bmp, vthlp22.bmp, vthlp23.bmp, vthlp24.bmp, vthlp26.bmp, vthlp27.bmp, vthlp28.bmp, vthlp29.bmp, vthlp31.bmp, vthlp32.bmp, vthlp33.bmp, vthlp34.bmp, vthlp35.bmp, vthlp36.bmp, vthlp37.bmp, vthlp38.bmp, vthlp39.bmp – файлы с графическими подсказками для режима контроля знаний с общением.
vtlab1.dat, vtlab2.dat, vtlab3.dat, vtlab4.dat, vtlab5.dat, vtlab1.bmp, vtlab2.bmp vtlab3.bmp vtlab4.bmp - файлы с текстовыми и графическими вопросами для режима допуска к лабораторному исследованию;
vt_gr1.bmp, vt_gr2.bmp, vt_gr3.bmp – файлы с графиками зависимостей для лабораторного исследования;
vtexp.dat – данные для работы экспертной подсистемы;
Создать в выбранном каталоге, подкаталог ViewFilm;
Скопировать в подкаталог ViewFilm файлы (16 штук) необходимые для работы программы демонстрации слайд-фильма.
5.2. Начало работы.
Загрузка системы.
Для запуска автоматизированной обучающей подсистемы (АОС) по вращающимся трансформаторам с комплексом лабораторного исследования необходимо перейти в каталог, содержащий файлы подсистемы и запустить на выполнение файл vt.exe.
При запуске система автоматически протестирует наличие всех необходимых для работы компонентов. В случае если какие-то компоненты системы не будут найдены в процессе тестирования, система выдаст предупреждение.
Работа системы в режимах, компоненты к которым не были найдены, будет невозможна (соответствующие пункты в меню подсистемы будут запрещены для выбора).
Описание рабочего экрана.
Рабочий экран автоматизированной обучающей подсистемы (АОС) по вращающимся трансформаторам с комплексом лабораторного исследования (рис.6) состоит из трех прямоугольных областей:
меню команд;
рабочая панель экрана;
строка статуса.
Строка меню подсистемы обеспечивает доступ ко всему дереву команд, выпадающим меню и диалоговым окнам.5.3 Работа в режиме обучения.
При выборе элемента меню “Режим обучения” студенту предлагается слайд-фильм с теоретическими сведениями по теме “Вращающимся трансформаторам” и список литературы. Слайд-фильм состоит из следующих разделов:
1. Общие сведения о вращающихся трансформаторах (ВТ).
2. Конструкция ВТ.
3. Принцип действия ВТ.
4.Характеристики ВТ.
При выборе в всплывающем вертикальном меню опции Слайд-фильм, в новом окне откроется обучающий слайд-фильм и автоматически начнется его демонстрация. Если в области окна с слайд-фильмом дважды нажать на правую кнопку манипулятора мышь, то появится меню с помощью которого можно управлять демонстрацией слайд-фильма.

Рис.6. Структура меню автоматизированной подсистемы по ВТ.
При просмотре слайд-фильма надо пользоваться клавишами стрелки вправо (вперед) и влево (назад). В системе предусмотрен вывод списка литературы, в котором более подробно изложена теория по исполнительным двигателям постоянного тока.
Для того чтобы вывести его на экран нужно выбрать в “Режиме обучения” меню “Литература”. На экране появиться окно со списком литературы.
5.4. Работа в режиме контроля знаний.
При выборе в горизонтальном меню опции “Режим контроля знаний” появляется вертикальное меню, содержащее четыре варианта тестирования.
Полный контроль знаний.
При тестировании в режиме “Полный контроль знаний” студенту предлагается ответить на 25 вопросов по конструкции, принципу действия и характеристикам вращающегося трансформатора.
Процедура тестирования выглядит следующим образом. Сначала выдается окно, в котором сообщается об основных правилах проведения теста. Затем появляется окно с названием раздела, к которому относятся теоретические вопросы. Для продолжения работы программы необходимо нажать клавишу “Пробел” или “Enter”, также можно щелкнуть мышью на кнопке “Продолжить”. После чего появляется, представленное на рис.7 окно с вопросом и вариантами ответа.

Рис.7. Окно с вопросом и вариантами ответа.
Выбрать необходимый ответ можно следующими способами:
щелкнуть курсором мыши над нужной кнопкой;
с помощью клавиши “Tab” переместить фокус (Выделенную кнопку) и осуществить выбор нажатием клавиши “Enter”.
Программа анализирует ответ и сообщает, верен он или нет, по методике описанной в разделе 5.
Результаты тестирования выдаются в окне статистики.
Контроль знаний с обучением.
Этот режим аналогичен режиму “Полного контроля знаний”, но в нем имеется возможность получения краткой теоретической подсказки. Для этого в окне с вопросом и вариантами ответа присутствует дополнительная кнопка “Справка”. Если нажать на неё, выдается подсказка в виде фрагмента из теоретического слайд-фильма.
Экспресс - контроль знаний.
Режим “Экспресс-контроль знаний” рекомендуется для защиты лабораторных работ. Предполагается, что основные теоретические сведения студенту уже известны и лабораторная работа выполнена в полном объеме.
В данном режиме контроля имеется возможность выбора числа вопросов, задаваемых в каждом из трех разделов. Тестирование в режиме “Экспресс-контроль знаний” проводится с учетом времени. Таймер отображается в правой части окна. На каждый ответ дается по 60 секунд. Если студент не успевает ответить в течение этого времени, ответ приравнивается к неверному. В процессе тестирования студенту не сообщается верно или неверно он отвечает. Только после окончания тестирования сообщаются результаты и оценка.
Оценка считается по принципу, описанному выше в разделе полный контроль знаний.
Допуск к лабораторным работам.
В режиме “Допуск к лабораторным работам” студент должен показать уровень знаний, достаточный для выполнения данной лабораторной работы. Вопросы, входящие в данный режим, требуют от студента понимания сути изучаемых процессов, ориентации в основных характеристиках устройства.
В данном режиме предлагается пять разделов, в которых задаются вопросы на знание входных и выходных параметров, номинальных значений, особенностей работы устройств. Отвечая на вопросы первых четырех разделов студент может допустить только три ошибки, после чего осуществляется выход из данного режима с предоставлением списка литературы. Если этот раздел пройден успешно, происходит переход к следующему, где число неверных ответов тоже должно быть не более трех.
Пятый раздел данного режима - графический, где студенту предлагается ответить всего на один вопрос, выбранный случайным образом. В случае правильного ответа студент допускается к лабораторным работам.
5.5. Работа в режиме лабораторных исследований.
После того как студент прошел “Допуск к лабораторным работам” становится доступен режим “Лабораторная работа”.
В этом режиме необходимо провести четыре опыта по исследованию характеристик ВТ. Исследование устройства начинается со сборки схемы исследования. Схема исследования собирается в специальной панели диалога из рабочего поля и все необходимые элементов для сборки схем исследования ВТ. Панель диалога “Сборка схемы” состоит из:
1. Рабочего поля для сборки схемы.
2. Панели с приборами и соединительными проводами.
3. Четырех кнопок “Проверить”, “Очистить”, “Справка”, “Выход”.
В левом верхнем углу панели диалога “Сборка схемы” располагается рабочее поле для сборки схемы. Оно представляет собой матрицу размером 6 на 4. В каждую ячейку можно установить только один элемент.
Вдоль правой границы панели диалога “Сборка схемы” находится панель с приборами и соединительными проводами. Для того чтобы выбрать необходимый элемент нужно подвести к нему указатель мыши и нажать правую кнопку мыши. При этом указатель мыши изменит форму. После этого нужно указать в рабочей области место, куда Вы хотите поместить этот элемент, и еще раз нажать правую кнопку мыши. Элемент будет установлен в ячейку рабочей области, а указатель мыши примет свою обычную форму. Для удаления элемента из рабочей области нужно подвести к нему указатель мыши и нажать левую кнопку. Вдоль нижней границы окна располагаются четыре кнопки “Проверить”, “Очистить”, “Справка”, “Выход”.
Выбрав кнопку “Проверить”, Вы выполните проверку правильности сборки схемы. Если схема будет собрана правильно, то панель диалога “Сборка схемы” будет закрыта и Вы перейдете к выполнению опытов.
Выбрав кнопку “Очистить”, Вы выполните очистку рабочего поля текущей панели диалога.
Выбрав кнопку “Справка”, Вы можете получить окно справочной системы.
Выбрав кнопку “Выход”, Вы прерываете выполнение лабораторной работы и возвращаетесь в основное меню подсистемы.
Для того чтобы потом продолжить выполнение лабораторной работы Вам вновь придется пройти допуск и собрать схему. Следует отметить, что без сборки схемы студент не имеет возможности проводить исследование ВТ.
На рис.8 для примера показана панель для сборки схемы исследования масштабного ВТ.

Рис.8. Сборка схемы исследования масштабного ВТПосле того как схема собрана правильно, студент может переходить к снятию данных. Панель для снятия опытных данных показана на рис. 9.
В строки вводятся опытные данные в указанном диапазоне. Если введено неверное значение числа нужно щелкнуть мышкой на кнопке Очистить.
Кнопка Закончить выдает окно с вопросом о прекращении текущего опыта.
Кнопка Печать выдает стандартное окно Windows к подготовке печати документов.
Кнопка Справка позволяет попасть в справочное меню, с помощью которого можно получить пояснения к лабораторной работе, а именно - к проведению опытов, к схемам исследований, требованию к отчету.

Рис.9. Исследование масштабного ВТПри нажатии на кнопку Выход выдается окно с вопросом о прекращении проведения лабораторной работы
Нажав на кнопку График студент может посмотреть какой график он должен получить, основываясь на данных, полученных в результате проведения опыта.
5.7. Завершение работы с АОС.
Для завершения работы с подсистемой необходимо выполнить опцию “Выход” или нажать комбинацию клавиш “Alt-X”. После этого подсистема прекратит свою работу и передаст управление операционной системе.
6. Выполнение лабораторной работы в АОС.
6.1.Цель лабораторной работы.
Целью лабораторной работы является изучение конструкции вращающегося трансформатора, исследование различных режимов его работы на основе автоматизированного анализа его основных характеристик и построение графиков опытного исследования на ЭВМ.
6.2. Порядок выполнения лабораторной работы.
1.Ознакомиться с правилами работы АОС по вращающимся трансформаторам, ее структурой и внутренним интерфейсом.
2. Ознакомиться с конструкцией вращающегося трансформатора, записать его технические данные и измерительных приборов, используемых в работе, собрать схему.
3.Собрать схему исследования масштабного ВТ и провести его исследование.
4.Собрать схему исследования синусно – косинусного ВТ и провести исследование его выходных характеристик при холостом ходе и несимметричной нагрузке.
5.Собрать схему исследования вторичного симметрирования ВТ и провести исследование его выходных характеристик в симметричном режиме.
5.Собрать схему исследования ВТ – построителя и произвести вычисление гипотенузы по заданным катетам.
6.Выполнить необходимые расчёты и построить характеристики.
7.Оформить отчёт по работе.
6.3. Выполнение лабораторной работы.
При загрузке системы меню “Лабораторная работа” является закрытым для доступа. После получения допуска можно приступить к выполнению лабораторной работы. Для этого необходимо выполнить следующие задания.
Задание 1. Исследование масштабного вращающегося трансформатора.
Собрать схему исследования масштабного ВТ. Схема исследования собирается в специальной панели диалога, состоящей из рабочего поля и всех необходимых элементов для сборки схемы исследования вращающегося трансформатора. Схема исследования представлена на рис. 8.
Правильная собранная схема позволяет перейти к исследованию масштабного ВТ. В появляющуюся в этом задании таблицу необходимо внести данные для исследования масштабного ВТ. Необходимо провести два опыта по исследованию зависимости Up = f(Uc) . Опыт 1 проводится при угле поворота ротора =30º. Напряжения Р1Р2 снимается при Zа = и Zа = 400 Ом. Опыт 2 проводится аналогично опыту 1 при угле поворота ротора =60º. Напряжение возбуждения Uc в обоих опытах изменять в пределах от 18 до 72 В. Полученные данные занести в таблицу 2.
Таблица 2
Uс, (В) Up, (В)
=30º =60º
Р1Р2 (Zа =) Р1Р2 (Zа = 400 Ом) Р1Р2 (Zа =) Р1Р2 (Zа = 400 Ом)
Задание 2. Исследование синусно – косинусного вращающегося трансформатора в режиме холостого хода и несимметричной нагрузке.
Собрать схему исследования синусно – косинусного ВТ в режиме холостого хода, аналогично сборке схемы масштабного ВТ. Схема исследования представлена на рис. 10. Правильная собранная схема позволяет перейти к исследованию синусно – косинусного ВТ.

Рис.10. Схема исследования синусно – косинусного ВТ в режиме холостого хода.
В появляющуюся в этом задании таблицу необходимо внести данные для исследования синусно – косинусного ВТ Необходимо провести два опыта по исследованию зависимости выходного напряжения роторных обмоток Р1Р2 и Р3Р4 – Up от угла поворота ротора при номинальном напряжении возбуждения Uc,ном = 60В. Опыт 1 по исследованию синусно – косинусного ВТ в режиме холостого хода проводится при сопротивлении нагрузки Zа= и Zв= (Zа – сопротивление, включенное в цепь косинусной обмотки Р3Р4, Zв – сопротивление, включенное в цепь синусной обмотки Р1Р2). Опыт 2 по исследованию синусно – косинусного ВТ в режиме по исследованию синусно – косинусного ВТ в режиме несимметричной нагрузки проводится при Zа = и Zв = 400 Ом. Угол поворота ротора в обоих опытах изменять в пределах от 0 до 180º. Полученные данные занести в таблицу 3.
Таблица 3
, (º) Up, (В)
Опыт 1 Опыт 2
Р1Р2 Р3Р4 Р1Р2 Р3Р4
Задание 3. Исследование синусно – косинусного вращающегося трансформатора в режиме нагрузки при вторичном симметрировании.
Собрать схему исследования синусно – косинусного ВТ, представленную на рис. 11.

Рис.11. Схема исследования синусно – косинусного ВТ в режиме вторичного симметрирования.
Правильная собранная схема позволяет перейти к исследованию выходных характеристик синусно – косинусного ВТ в симметрированном режиме. В появляющуюся в этом задании таблицу необходимо внести данные для исследования вторичного симметрирования синусно – косинусного ВТ. Необходимо провести исследование зависимости выходного напряжения роторных обмоток Р1Р2 и Р3Р4 – Up от угла поворота ротора при номинальном напряжении возбуждения Uc.ном = 60В. Исследование проводится в режиме нагрузке при Zа =400 Ом и Zв = 400 Ом.
Полученные данные занести в таблицу 4.
Таблица 4
, (º) Up, (В)
Р1Р2 Р3Р4
Задание 4. Исследование вращающегося трансформатора в режиме построителя.
Собрать схему исследования ВТ в режиме построителя, аналогично сборке схемы масштабного ВТ. Схема исследования представлена на рис. 12.

Рис.12. Схема исследования ВТ в режиме построителя.
Правильная собранная схема позволяет перейти к исследованию ВТ в режиме построителя. В появляющуюся в этом задании таблицу необходимо внести данные для исследования ВТ – построителя. Для этого необходимо ввести три пары напряжений, пропорциональных катетам и подающимся на обмотки статора. U1 подается на Н1К1, U2 подается на Н2К2. Up – результирующее напряжение, пропорциональное гипотенузе, полученной на обмотке Р1Р2 ротора при напряжении на обмотке Р3Р4 равном нулю. Напряжения U1 и U2 изменять в пределах от 0 до 30В, один из опытов провести при нулевом значении одного из катетов. Полученные данные занести в таблицу 5.
Таблица 5
U1, (B) U2, (B) График Up, (В)
Н1К1 Н2К2 Р1Р2
6.5. Содержание отчета о лабораторной работе.
1. Теоретические сведения и расчетные формулы.
2.Технические данные машины и измерительных приборов.
3. Электрические схемы исследования по рис. 8, 10 – 12.
Таблицы №2, №3, №4, №5.
Графики зависимостей:
По таблице 2 Up = f(Uc)
По таблице 3 Up = f()
По таблице 4 Up = f()
Путем сравнения зависимостей, построенных по данным таблиц 3 и 4, построить графически кривые ошибок, вызванных поперечной реакцией ротора.
Расчетные значения гипотенузы по таблице №5.
Выводы по результатам эксперимента.
Библиографический список.
7. Перечень вопросов.
7.1. Перечень вопросов для защиты лабораторной работ
Конструкция ВТ. Общие вопросы.
Для чего предназначен вращающийся трансформатор?
Как называются обмотки, расположенные на статоре исследуемого ВТ?
Как называются обмотки, расположенные на роторе исследуемого ВТ?
К какому конструктивному типу относится обмотки, расположенные на роторе ВТ?
К какому конструктивному типу относится обмотки, расположенные на статоре ВТ?
Чему равен пространственный угол между осями обмоток статора ВТ?
Чему равен пространственный угол между осями обмоток ротора ВТ?
С помощью чего осуществляется токосъем в контактном ВТ?
Какой материал используется для изготовления обмоток ВТ?
Какой материал используется для изготовления магнитопровода ВТ?
Из какого материала выполняются контактные кольца ВТ?
Физика процессов, принцип действия, уравнения.
В каком режиме амплитуда сигнала на выходе ВТ изменяется по синусоидальному (косинусоидальному) закону?
Для чего используется симметрирование ВТ?
В чем проявляется вредное действие поперечного потока реакции ротора?
Найдите условие первичного симметрирования ВТ.
Найдите условие вторичного симметрирования ВТ.
Причина, по которой выходные характеристики ВТ имеют "горбы"?
Причина, по которой выходные характеристики ВТ имеют "впадины"?
Причина, по которой выходное напряжение ВТ имеет меньшую амплитуду, чем ЭДС этих обмоток?
Вопросы на знание характеристик ВТ.
Укажите вид выходной характеристики, снимаемой с синусной обмотки при холостом ходе ВТ?
Укажите вид выходной характеристики, снимаемой с косинусной обмотки при холостом ходе ВТ?
Укажите вид характеристики напряжения, снимаемого с нагруженной синусной обмотки ВТ при ненагруженной косинусной обмотке?
Укажите вид ЭДС, снимаемой с ненагруженной синусной обмотки ВТ при нагруженной косинусной обмотке?Укажите вид напряжения синусной обмотки нагруженного симметрированного ВТ?
7.2. Перечень вопросов для допуска к лабораторной работе.
Вопросы на знание приборов и выходных характеристик, снимаемых при исследовании устройства.
Какая зависимость снимается при исследовании синусно-косинусного ВТ?
Какая зависимость снимается при исследовании масштабного ВТ?
С помощью какого прибора исследуется выходное напряжение ВТ?
В каких пределах изменяется угол поворота ротора в режиме синусно – косинусного ВТ?
Вопросы на знание приборов и входных параметров, задаваемых при исследовании устройства.
Что надо использовать на входе схемы исследования ВТ для подачи необходимого напряжения?
Какое номинальное напряжение подается на обмотку возбуждения?
Чему равно напряжение на квадратурной обмотке статора при выполнении условий вторичного симметрирования?
Чему равно напряжение на одной из обмоток ротора в режиме ВТ -построителя, если с другой снимается напряжение, пропорциональное гипотенузе?
Каким образом контролируется снятие напряжения, пропорционального гипотенузе, в режиме ВТ-построителя?
Какая частота питающего напряжения обмотки возбуждения ВТ?
В каких пределах изменяется напряжение возбуждения в режиме масштабного ВТ?
Вопросы на знание режимов работы исследуемого устройства.
Какой режим обеспечивает изменение выходного напряжения по закону изменения входного напряжения возбуждения с некоторым коэффициентом?
Каким образом контролируется снятие напряжения, пропорционального гипотенузе в режиме ВТ-построителя?
Какой режим работы обеспечивает изменение выходного напряжения по закону гармонической функции угла?
Какой режим работы обеспечивает получение напряжения, пропорционального гипотенузе треугольника?
Вопросы на знание явления реакции ротора ВТ.
Каким образом контролируется выполнение условий первичного симметрирования?
Какой поток вызывает искажение выходных характеристик вращающихся трансформаторов?
Каким образом осуществляется вторичное симметрирование ВТ?
Каким образом контролируется выполнение условий вторичного симметрирования?
Чему равно напряжение на квадратурной обмотке статора при вторичном симметрировании ВТ?
СЕЛЬСИНЫ
2.1. Описание предметной области по сельсинам
Сельсинами называют электрические микромашины переменного тока, обладающие способностью самосинхронизации и применяемые в индукционных системах синхронной связи в качестве датчиков и приемников. Способность самосинхронизации в пределах одного оборота вала возможна только при числе полюсов, равном двум.
Применяемые для индукционных систем синхронной связи сельсины и сами системы можно разделить на две группы:
1. Трехфазные силовые.
2. Однофазные.
Рассматриваются три основных вида однофазных сельсинов: контактные, бесконтактные и дифференциальные.
Контактные сельсины (рис.1.) состоят из двух частей статора и ротора.

Рис. 1.. Схема контактного сельсина
На статоре (или роторе) располагаются однофазная обмотка возбуждения (ОВ); на ротора (или статоре) располагается обмотка, выполненная по типу трехфазной (трехлучевая), т.е. три отдельные обмотки, смещенные в пространстве на 120 градусов и соединенные в звезду. Эта обмотка получила название обмотки синхронизации (ОС). Обмотку возбуждения можно сделать сосредоточенной и распределенной. Число пар полюсов выбирают равным 1, чтобы обеспечить самосинхронизацию в пределах полного оборота.
При подключении к сети переменного тока обмотка возбуждения создает пульсирующий магнитный поток. Этот поток проходит по магнитопроводу сельсина, пересекает фазы обмоток синхронизации и наводит в них трансформаторные э.д.с., зависящие от угла поворота ротора. Так как при повороте ротора плавно изменяется взаимоиндуктивность между обмоткой возбуждения и обмоткой синхронизации, то в фазах обмотки синхронизации будут наводиться э.д.с., пропорциональные синусу или косинусу угла поворота ротора.Принцип работы сельсина не зависит от места расположения каждой из обмоток: на статоре или роторе. Однако наибольшее распространение получили следующие сельсины, показанные на рис..2.
У них меньше контактных колец и щеток, что обеспечивает более высокую надежность, меньший момент трения и объем сельсина. В цепи передачи сигнала отсутствуют скользящие контакты, проще выполнить демпферную обмотку. Наличие контактов значительно снижает надежность сельсина, поэтому все шире применяют бесконтактные сельсины: с униполярным возбуждением ротора со стороны статора; с переходным кольцевым трансформатором.

Рис..2. Конструкция контактного сельсина
В бесконтактных сельсинах униполярного возбуждения обмотки возбуждения и синхронизации располагаются на статоре (рис.3). На роторе обмоток нет. Конструкция ротора обеспечивает поворот вектора магнитного потока возбуждения относительно обмоток синхронизации при повороте самого ротора. Следовательно, э.д.с. в фазах обмоток синхронизации будут также пропорциональны синусу или косинусу угла поворота.
В бесконтактных сельсинах с переходным трансформатором подача напряжения на обмотку возбуждения, расположенную на роторе, происходит посредством кольцевого трансформатора.
Дифференциальные сельсины применяют в таких схемах синхронной связи, где требуется сложение или вычитание двух угловых перемещений. Дифференциальный сельсин отличается от обычного контактного сельсина тем, что у него и на статоре и на роторе расположены трехфазные распределенные обмотки.

Рис..3. Конструкция бесконтактного сельсина
Режимы работы сельсинов
Обычно в схеме синхронной связи участвуют два, три и более сельсинов. В зависимости от схемы их включения различают три основных режима работы:
1. индикаторный, когда сельсину-датчику угол задается, а сельсин-приемник отрабатывает такой же угол под действием собственного синхронизирующего момента;
2. трансформаторный, когда сельсину-датчику угол задается, а на сельсине-приемнике снимается напряжение, амплитуда которого является определенной функцией угла поворота, заданного на датчике;
3. дифференциальный, когда при решении задач необходимо складывать и вычитать угловые величины.
В индикаторном и трансформаторном режимах возможен многократный прием, когда заданный угол отрабатывается несколькими сельсинами-приемниками, и схема с дифференциальным сельсином.
На рис..4. представлена схема однофазных сельсинов, работающих в индикаторном режиме работы.

Рис..4. Схема индикаторного режима работы
В индикаторном режиме обмотки возбуждения сельсина-датчика Д и сельсина-приемника П подключаются к источнику переменного тока, а обмотки синхронизации связываются между собой линией связи (строго соответственно). Обмотки возбуждения сельсина – датчика и сельсина – приемника в магнитных системах сельсинов создают пульсирующие магнитные потоки Фв. Под действием этих потоков в обмотке синхронизации сельсина – датчика возникнут фазные ЭДС. Угол рассогласования равен разности между углами поворота ротора датчика и приемника: =д-п.
Если =0, т.е. д=п, то Едi=Епi. Токи в обмотках синхронизации и линиях связи равны нулю. В этом случае отсутствует момент взаимодействия обмотки синхронизации с потоком возбуждения и сельсины находятся в покое. Это положение называется согласованным.
При <(>)0 в контурах обмотки синхронизации датчика и приемника возникают результирующие ЭДС, равные разности ЭДС датчика и приемника. Токи, проходящие по обмоткам синхронизации, взаимодействуют с пульсирующими потоками обмотки возбуждения и создают синхронизирующие моменты, направленные в датчике и приемнике навстречу друг другу и стремящиеся свести к нулю угол рассогласования. В реальных дистанционных передачах угловое положение датчика зафиксировано и отработку рассогласования осуществляет приемник, ротор которого поворачивается на угол п=д.
По точности передачи угла индикаторные сельсины подразделяются на 4 класса. Класс сельсина определяется как полусумма абсолютных значений максимальной положительной и максимальной отрицательной погрешностей в пределах одного оборота ротора.
Класс сельсинов Максимальное допустимое значение погрешности
1 от 0 до ±30 минут
2 от ±30 минут до ±45 минут
3 от ±35 минут до ±60 минут
4 от ±60 минут до ±90 минут
Для передачи углового перемещения или вращения на расстояние с преодолением значительного момента сопротивления на валу используют сельсины, работающие в трансформаторном режиме.
В трансформаторном режиме обмотка возбуждение сельсина-датчика Д подключается к источнику переменного тока, а обмотка возбуждения сельсина-приемника подключается к нагрузке и является выходной обмоткой системы. У трансформаторных сельсинов-приемников эту обмотку принято называть обмоткой управления. Обмотки синхронизации связаны между собой линией связи. На рис.5. приведена схема сельсинов, работающих в трансформаторном режиме.
Поворот ротора сельсина-датчика вызывает изменений ЭДС и токов в обмотках синхронизации и, соответственно, поворот результирующего вектора м.д.с. обмотки синхронизации сельсина-приемника. ЭДС и Еу выходной обмотки сельсина-приемника изменяется в функции угла рассогласования датчика и приемника. Для того, чтобы при нулевом значении угла поворота ротора датчика было равно нулю и выходное напряженна, в схеме задается начальный угол рассогласования 90 градусов.

Рис.5. Схема трансформаторного режима работы
В реальных схемах выходное напряжение в нуль не обращается. Минимальное значение выходного напряжения в пределах угла рассогласования от 0 до 360 градусов называется остаточным напряжением.
Погрешность передачи угла в трансформаторном режиме у сельсина высшего класса лежит в диапазоне ±5 минут, низшего класса ±30 минут.
2.2. Структура подсистемы обучения и контроля знаний по сельсинам
Схема структуры автоматизированной обучающей подсистемы (АОС) по сельсинам приведена на рис.6.
Обучающая подсистема состоит из следующих блоков:
Блок управления подсистемой.
Блок обучения.
Блок контроля знаний.
Блок лабораторного исследования.
Блок управления интерфейсом.
Блок контекстной помощи по интерфейсу.
Блок базы знаний.
Блок корректировки базы знаний.
Блок управления подсистема комплексного обучения и контроля знаний по сельсинам — первый по значимости блок системы. Он занимает главное положение в подсистеме. Блок управления выполняет все диспетчерские функции в подсистеме, определяет последовательность вызова подпрограмм, организует передачу промежуточных результатов между модулями и их вывод пользователю.
Блок обучения — представляет собой теоретический слайд – фильм с графической информацией. Слайд – фильм состоит из нескольких разделов по теме “Сельсины”. В результате отбора, анализа и систематизации информации были выделены следующие группы основных сведений:
1. Общие сведения о сельсинах.
2. Конструкция сельсинов.
3. Принцип действия сельсинов в различных режимах.
4. Характеристики сельсинов.
Блок контекстной помощи по интерфейсу
Блок управления подсистемой обучения и контроля знаний по сельсинам
Блок контроля знаний
С
Т
А
Т
И
С
Т
И
К
А
Режим экспертного контроля знаний
Режим полного контроля знаний по сельсинам
Режим контроля знаний с обучением по сельсинамРежим экспресс- контроля знаний по сельсинам
Режим допуска к лабораторным работам по сельсинам
База подсказок по сельсинам
Блок лабораторного исследования
Сборка схемы и исследование сельсинов вне синхронной связи
Сборка схемы и исследование сельсинов в индикаторном режиме работы
Сборка схемы и исследование сельсинов в трансформаторном режиме работы
Сборка схемы и исследова-ние дифференциальных сельсинов
Блок обучения
Общие сведения и классификация сельсинов
Конструкция сельсинов.
Дифференциальные сельсины
Индикаторный режим работы сельсинов.
Трансформаторный режим работы сельсинов.
Рис. 6. Структура автоматизированной обучающей подсистемы (АОС) по сельсинам.
Блок контроля знаний включает в себя четыре различных варианта тестирования, позволяющих объективно оценить знания студентов:
1. Полный контроль знаний.
2. Контроль знаний с обучением.
3. Экспресс контроль знаний.
4. Экспертный контроль знаний.
5. Допуск к лабораторной работе.
Блок лабораторного исследования — управляет режимом лабораторного исследования. Моделирует выполнение лабораторной работы на компьютере (сборка схемы, построение схем опытов, вычисление результатов опытов и построение графиков).
Блок лабораторного исследования состоит из нескольких подблоков:
сборка схемы и исследование сельсина вне синхронной связи;
сборка схемы и исследование сельсина в индикаторном режиме;
сборка схемы и исследование сельсина в трансформаторном режиме;
сборка схемы и исследование сельсина в дифференциальном режиме.
Блок контекстной помощи по интерфейсу — позволяет по требованию пользователя выдать справочную информацию о состоянии системы, справка будет касаться ситуации, при которой возникла потребность в помощи. Переходя на смежные по тематике экраны помощи, пользователь может познакомиться со всей структурой под- системы.
Блок управления интерфейсом выполняет следующие функции:
Ввод информации с клавиатуры;
Ввод информации при помощи мыши;
Предупреждение пользователя о некорректных или фатальных действиях.
3. Порядок работы АОС по сельсинам
3.1. Установка системы на жёсткий диск
Установка системы на жесткий диск производится непосредственным переносом файлов с носителя (дискеты, CDROM) на жесткий диск компьютера. При этом необходимо выполнить следующие действия:
Создать на выбранном диске директорию (например, Selsin).
Скопировать в эту директорию 41 файл:
selsin.exe - основная программа для запуска системы;
selfilm.ppt – обучающий слайд-фильм;
selsin.ini - основной файл, отвечающий за работу подсистемы
selsin.hlp - файл справочной службы;
selcont1.dat, selcont2.dat, selcont3.dat, selcont1.bmp, selcont2.bmp, selcont3.bmp – файлы с текстовыми и графическими вопросами для режима полного контроля знаний;
slhlp101.bmp, slhlp102.bmp, slhlp103.bmp, slhlp104.bmp, slhlp105.bmp, slhlp106.bmp, slhlp107.bmp, slhlp201.bmp, slhlp202.bmp, slhlp203.bmp, slhlp204.bmp, slhlp205.bmp, slhlp206.bmp, slhlp301.bmp, slhlp302.bmp, slhlp303.bmp – файлы с графическими подсказками для режима контроля знаний с общением.
sldlab1.dat, sldlab2.dat, sldlab3.dat, sldlab4.dat, sldlab5.dat, sldlab1.bmp, sldlab2.bmp, sldlab3.bmp, sldlab4.bmp - файлы с текстовыми и графическими вопросами для режима допуска к лабораторному исследованию;
sel_gr1.bmp, sel_gr2.bmp, sel_gr3.bmp, sel_gr4.bmp, sel_gr5.bmp – файлы с графиками зависимостей для лабораторного исследования;
selexp.dat – данные для работы экспертной подсистемы;
Создать в выбранном каталог, подкаталог ViewFilm;
Скопировать в подкаталог ViewFilm файлы (16 штук) необходимые для работы программы демонстрации слайд-фильма.
hlink.dll, msimrt.dll, msimrt16.dll, msimrt32.dll, msmusic.dll, mso97v.dll, msv7emu.dll, pp4x322.dll, pp7x32.dll, ppintlv.dll, rapt.dll, t2embed.dll, urlmon.dll, wininet.dll, ppview32.exe, msppt8vr.olb;
3.2. Начало работы
Загрузка системы
Для запуска подсистемы автоматизированного обучения и моделирования режимов работы сельсинов в гибкой универсальной среде необходимо перейти в каталог, содержащий файлы подсистемы и запустить на выполнение файл selsin.exe.
При запуске система автоматически протестирует наличие всех необходимых для работы компонентов. В случае если какие-то компоненты системы не будет найдены в процессе тестирования, система выдаст предупреждение.
Работа системы в режимах, компоненты к которым не были найдены, будет невозможна (соответствующие пункты в меню подсистемы будут запрещены для выбора).
Описание рабочего экрана
Рабочий экран подсистемы автоматизированного обучения и моделирования режимов работы сельсинов в гибкой универсальной среде состоит из трех прямоугольных областей:
меню команд;
рабочая панель экрана;
строка статуса.
Строка меню подсистемы обучения и контроля представлена на рис.7. Она обеспечивает доступ ко всему дереву команд, выпадающим меню и диалоговым окнам. Рассмотрим подробнее структуру меню команд.

Рис.7. Структура меню автоматизированной подсистемы по сельсинам
3.3 Работа в режиме обучения
При выборе элемента меню “Режим обучения” студенту предлагается слайд-фильм с теоретическими сведениями по теме “Сельсины” и список литературы.
Слайд-фильм состоит из следующих разделов:
1. Общие сведения о сельсинах.
2. Конструкция сельсинов.
3. Принцип действия сельсинов в различных режимах.
4. Характеристики сельсинов.
При выборе в всплывающем вертикальном меню опции Слайд-фильм, в новом окне откроется обучающий слайд-фильм и автоматически начнется его демонстрация.
Если в области окна с слайд-фильмом дважды нажать на правую кнопку манипулятора мышь, то появится меню, с помощью которого можно управлять демонстрацией слайд-фильма.
При просмотре слайд-фильма надо пользоваться клавишами стрелки вправо (вперед) и влево (назад). В системе предусмотрен список литературы, в которой более подробно изложена теория по сельсинам.
Для того чтобы вывести его на экран нужно выбрать в “Режиме обучения” меню “Литература”. На экране появится окно со списком литературы.
3.4. Работа в режиме контроля знаний
При выборе в горизонтальном меню опции “Режим контроля знаний” появляется вертикальное меню, содержащее четыре варианта тестирования.
Полный контроль знаний.
При тестировании в режиме “Полный контроль знаний” студенту предлагается ответить на 25 вопросов по конструкции, принципу действия и характеристикам сельсинов.
Процедура тестирования выглядит следующим образом. Сначала выдается окно в котором сообщается об основных правилах проведения теста. Затем появляется окно с названием раздела, к которому относятся теоретические вопросы.
Для продолжения работы программы необходимо нажать клавишу “Пробел” или “Enter”, также можно щелкнуть мышью на кнопке “Продолжить”. После чего появляется, представленное на рис.8 окно с вопросом и вариантами ответа.
Выбрать необходимый ответ можно следующими способами:
щелкнуть курсором мыши над нужной кнопкой;
с помощью клавиши “Tab” переместить фокус (Выделенную кнопку) и осуществить выбор нажатием клавиши “Enter”. Программа анализирует ответ и сообщает, верен он или нет. По окончании тестирования проводится подсчет правильных и неправильных ответов и выставляется оценка.
Контроль знаний с обучением
Этот режим аналогичен режиму “Полного контроля знаний”, но в нем имеется возможность получения краткой теоретической подсказки. Для этого в окне с вопросом и вариантами ответа присутствует дополнительная кнопка “Справка”. Нажав на неё, выдается подсказка в виде фрагмента из теоретического слайд-фильма.
Экспресс - контроль знаний
Режим “Экспресс-контроль знаний” рекомендуется для защиты лабораторных работ. Предполагается, что основные теоретические сведения студенту уже известны и лабораторная работа выполнена в полном объеме.
В данном режиме контроля имеется возможность выбора числа вопросов, задаваемых в каждом из трех разделов. Тестирование в режиме “Экспресс-контроль знаний” проводится с учетом времени. Таймер отображается в правой части окна. На каждый ответ дается по 60 секунд. Если студент не успевает ответить в течение этого времени, ответ приравнивается к неверному. В процессе тестирования студенту не сообщается верно или неверно он отвечает. Только после окончания тестирования сообщаются результаты и оценка.
Оценка считается по принципу описанному выше в разделе полный контроль знаний.

Рис.8. Окно с вопросом и вариантами ответа
Допуск к лабораторным работам
В режиме “Допуск к лабораторным работам” студент должен показать уровень знаний, достаточный для выполнения лабораторной работы. Вопросы, входящие в данный режим, требуют от студента понимания процесса исследования физических процессов, происходящих в сельсинах в различных режимах их работы.
3.5. Работа в режиме лабораторных исследований
После того как студент прошел “Допуск к лабораторным работам” становится доступен режим “Лабораторная работа”.
В этом режиме необходимо провести четыре опыта по исследованию сельсинов. Каждый опыт начинается со сборки схемы исследования. Схема исследования собирается в специальной панели диалога. Панель диалога “Сборка схемы” состоит из:
1. Рабочего поля для сборки схемы.
2. Панели с приборами и соединительными проводами.
3. Четырех кнопок “Проверить”, “Очистить”, “Справка”, “Выход”.
В левом верхнем углу панели диалога “Сборка схемы” располагается рабочее поле для сборки схемы. Оно представляет собой матрицу размером 6 на 4. В каждую ячейку можно установить только один элемент.
Вдоль правой границы панели диалога “Сборка схемы” находится панелька с приборами и соединительными проводами. Для того чтобы выбрать необходимый элемент нужно подвести к нему указатель мыши и нажать правую кнопку мыши. При этом указатель мыши изменит форму. После этого нужно указать в рабочей области место куда Вы хотите поместить этот элемент и еще раз нажать правую кнопку мыши. Элемент будет установлен в ячейку рабочей области, а указатель мыши примет свою обычную форму.
Для удаления элемента из рабочей области нужно подвести к нему указатель мыши и нажать левую кнопку.
Вдоль нижней границы окна располагаются четыре кнопки “Проверить”, “Очистить”, “Справка”, “Выход”.
Выбрав кнопку “Проверить” Вы выполните проверку правильности сборки схемы. Если схема будет собрана правильно, то панель диалога “Сборка схемы” будет закрыта и Вы перейдете к выполнению опытов.
Выбрав кнопку “Очистить” Вы выполните очистку рабочего поля текущей панели диалога.
Выбрав кнопку “Справка” Вы можете получить окно справочной системы.
Выбрав кнопку “Выход” Вы прерываете выполнение лабораторной работы и возвращаетесь в основное меню подсистемы. Для того чтобы потом продолжить выполнение лабораторной работы Вам вновь придется пройти допуск и собрать схему.
На Рис.9 показана схема исследования сельсина в индикаторном режиме.
Следует отметить, что без сборки схемы студент не имеет возможности проводить исследование Сельсинов.
После того как схема собрана правильно, студент может переходит к снятию данных. Панель для снятия опытных данных показана на рис. 10.

Рис.9. Сборка схемы исследования сельсина в индикаторном режиме

Рис.10. Исследование сельсина в индикаторном режиме
В строки вводятся опытные данные в указанном диапазоне. Если введено неверное значение числа нужно щелкнуть мышкой на кнопке Очистить.
Кнопка Закончить выдает окно с вопросом о прекращении текущего опыта.
Кнопка Печать выдает стандартное окно Windows к подготовке печати документов.
Кнопка Справка позволяет попасть в справочное меню, с помощью которого можно получить пояснения к лабораторной работе, а именно - к проведению опытов, к схемам исследований, требованию к отчету.
При нажатии на кнопку Выход выдается окно с вопросом о прекращении проведения лабораторной работы
Нажав на кнопку График студент может посмотреть какой график (Рис.11) он должен получить, основываясь на данных, полученных в результате проведения опыта.

Рис.11. График зависимости погрешности от угла поворота сельсина – датчика
3.5. Работа со справкой
СОДЕРЖАНИЕ
В содержании указана структура меню подсистемы контроля знаний и методические указания.
ИНДЕКС
Индекс содержит алфавитный указатель. Любой элемент алфавитного указателя содержит гиперссылку.
О ПРОГРАММЕ
Содержатся сведения о версии, авторе и времени создания системы.
3.6. Завершение работы с АОС
Для завершения работы с подсистемой необходимо выполнить опцию “Выход” или нажать комбинацию клавиш “Alt-X”. После этого подсистема прекратит свою работу и передаст управление операционной системе.
4. Выполнение лабораторной работы в АОС
4.1.Цель лабораторной работы
Целью лабораторной работы является изучение конструкции контактного и бесконтактного сельсина и проведение опытов, необходимых для определения характеристик сельсинов в индикаторном, трансформаторном и дифференциальном режимах.
4.2. Порядок выполнения лабораторной работы
Ознакомиться с конструкцией контактного и бесконтактного сельсинов, записать технические данные сельсинов и технические данные измерительных приборов, используемых в работе.
Произвести опыты по определению зависимости линейных напряжений на обмотке синхронизации от угла поворота ротора сельсина вне синхронной связи.
Произвести опыты по ориентировочному определению класса сельсина – приемника в индикаторном режиме.
Произвести опыт по определению влияния момента нагрузки на валу сельсина – приемника на точность передачи угла в индикаторном режиме.
Произвести опыт по определению влияния амплитуды напряжения возбуждения на точность передачи угла в индикаторном режиме.
Произвести опыт по определению остаточного напряжения в трансформаторном режиме.
Произвести опыты по определению зависимости выходного напряжения на сельсине – приемнике в трансформаторном режиме от угла поворота ротора сельсина – датчика и от сопротивлений линий связи и сопротивления нагрузки.
Произвести опыты по сложению и вычитанию углов в дифференциальном режиме.
Произвести необходимые расчеты и построить характеристики.
Оформить отчет по работе.
4.3. Допуск к лабораторной работе
Необходимо дать по одному правильному ответу в каждом из разделов. (см.п. 5.2.)
4.4. Выполнение лабораторной работы:
При загрузке системы меню “Лабораторная работа” является закрытым для доступа. После прохождения допуска к лабораторной работе можно приступать к выполнению следующих заданий:
Исследование сельсина вне синхронной связи
Выполнение задания начинается со сборки схемы (Рис.12):
В задании исследуется зависимость линейных напряжений на обмотке синхронизации сельсина-датчика Д от угла поворота ротора. Опыт проводится при номинальном напряжении на обмотке возбуждения Uв.ном. = 110 В.

Рис.12. Схема исследования сельсина вне синхронной связи
Снимаются зависимости всех трех линейных напряжений при изменении угла повороте ротора через 30 градусов в пределах одного оборота ротора. Данные сводятся в таблицу 2:
Таблица 2.
0 U12 U23 U31
Показания
прибора В Показания
прибора В Показания
прибора В
Исследование сельсина в индикаторном режиме
В данных опытах работы ориентировочно определяется класс сельсина-приемника при индикаторной передаче угла, а также влияние нагрузочного момента на валу приемника и значения напряжения на точность передачи. При проведении опытов в индикаторном режиме сопротивления в линиях связи равно нулю.
Выполнение задания начинается со сборки схемы (Рис.13)

Рис.13. Схема исследования сельсинов в индикаторном режиме
1. Ориентировочное определение класса сельсина-приемника.
Опыт проводятся при номинальном напряжении возбуждения и отсутствии момента нагрузки на валу сельсина-приемника. Uв.ном. = 110 В. Мнг = 0.
Поворотом ротора сельсина-датчика задаются углы от 0 до 360 (через 30) градусов, при этом снимаются углы поворота роторов датчика д и приемника п. Разность между показаниями приемника и датчика, выраженная в градусах, дает погрешность системы при данном положении роторов:q = д - пОпыт проводится при вращении ротора датчика по и против часовой стрелки. По данным опыта ориентировочно определяется класс сельсина-приемника. Данные сводятся в таблицу 3:
Таблица 3.
По часовой стрелке Против часовой стрелки
Д0П00 Д0П00
2. Определение зависимости погрешности от момента нагрузки на валу приемника Dq = f(Мнг).
Опыт проводится при номинальном напряжении возбуждения и угле поворота ротора датчика 30 градусов. Uв.ном. = 110 В. д = 30 градусов.
Нагрузочный момент на валу приемника создается с помощью нагрузочного двигателя, в качестве которого используется двигатель постоянного тока с якорным управлением. Электромагнитный момент, развиваемый нагрузочным двигателем, направлен в противоположную сторону моменту синхронизации, создаваемому сельсином-приемником. Значение момента нагрузки определяется по току якорной цепи нагрузочного двигателя в соответствии о формулой: Мнг = Км * Iнг, где Км- коэффициент момента.
По данным опыта определяется удельный синхронизирующий момент сельсинов mc. т.е. момент, приходящийся на 1 градус угла рассогласования (определяется на начальном участке характеристики). Данные сводятся в таблицу 4:
Таблица 4.
IНГ MНГ Д0П00 mc
A Hм Нм/град
3. Определение зависимости погрешности от напряжения возбуждения Dq = f(Uв).
Опыт проводится при токе в якоре нагрузочного двигателя Iнг = 20 мА. и угле поворота ротора датчика 30 градусов. Iнг. = 20 мА. qд = 30 градусов.
Таблица 5.
Uв(В) Д0П00
Исследование сельсинов в трансформаторном режиме.
В данном разделе работы (рис.14) исследуется зависимость выходного напряжения от угла поворота датчика (ротор приемника заторможен), а также влияние сопротивлений в линии связи Zл и сопротивлений нагрузки Zнг в выходной цепи на величину выходного напряжения. Определение зависимости выходного напряжения (напряжения на обмотке управления приемника Uу) от угла поворота сельсина-датчика: проводится при номинальном напряжении возбуждения. Угол поворота сельсина-датчика изменяется в пределах от 0 до 360 градусов (через 30 градусов).

Рис.14. Схема исследования сельсинов в трансформаторном режиме
Опыты проводятся в трех режимах:
1. Uв.ном. = 110 В, . Rл = 0, Rнг =
2. Uв.ном. = 110 В, . Rл 0, Rнг =
3. Uв.ном. = 110 В, . Rл = 0, Rнг
Для всех трех режимов рассчитывается крутизна Sc, т.е. напряжение, приходящееся на 1 градус угла рассогласования (на начальном участке характеристик).
Таблица 6.
Д0Uв.ном. = 110 В, Rл = 0, Rнг = Uв.ном. = 110 В, Rл 0, Rнг = Uв.ном. = 110 В, Rл = 0, Rнг
Исследование сельсинов в дифференциальном режиме.
Посредством схемы (рис.15) с дифференциальным сельсином производится сложение и вычитание двух угловых перемещений. Слагаемые задаются на сельсине-датчике Д и дифференциальном сельсине ДС, а сумма (разность) отрабатывается.
Опыт проводится при номинальном напряжения возбуждения и отсутствии момента нагрузки на валу приемника. Необходимо произвести сложение и вычитание двух произвольных пар чисел и определить погрешность. Переход от операции сложения к операция вычитания производится изменением направления поворота одного из задающих сельсинов.

Рис.18. Схема с дифференциальным сельсином
Данные сводятся в таблицу:
Таблица 7.
Характер операции Д0ДС0П00
4.5.Содержание отчета о лабораторной работе.
Теоретические сведения и расчетные формулы.
Технические данные сельсинов и измерительных приборов.
Электрические схемы опытов по рис. 15 – 18.
Таблицы №№2 – 7.
Графики зависимостей: U12; U23; U31 = f(), =f(), =f(Мнг), =f(UВ), UУ = f()
Значения удельного синхронизирующего момента, остаточного напряжения и крутизны.
Выводы по результатам эксперимента.
5. Перечень вопросов
5.1. Перечень вопросов для защиты лабораторной работы
Для чего предназначен индикаторный режим работы сельсинов?
Для чего предназначен трансформаторный режим работы сельсинов?
Для чего предназначен режим работы с дифференциальным сельсином?
В каком конструктивном виде выполняются обмотки синхронизации сельсина?
В каком конструктивном виде выполняются обмотки возбуждения сельсина?
Каков пространственный угол между лучами обмотки синхронизации сельсина?
Что является основным достоинством конструкции бесконтактного сельсина?
С помощью чего осуществляется токосъем в контактном сельсине?
Из чего выполнен магнитопровод сельсина?
Из чего выполнены контактные кольца в контактном сельсине?
Из чего выполнены обмотки сельсина?
При каких условиях протекает ток в линиях связи в индикаторном режиме?
При каких условиях протекает ток в линиях связи в трансформаторном режиме?
В каком режиме определяется зависимость напряжения СП от угла поворота СД?
В связи с чем амплитуда ЭДС выходной обмотки СП пропорциональна углу поворота ротора СД?
Как направлены потоки дифференциального сельсина при сложении двух углов?
Как направлены потоки дифференциального сельсина, если углы не заданы?
Как направлены потоки дифференциального сельсина при вычитании двух углов?
В связи с чем ЭДС в обмотках синхронизации бесконтактного сельсина с униполярным возбуждением зависит от p СД?
В связи с чем ЭДС в обмотке синхронизации контактного сельсина зависит от угла поворота ротора?
В связи с чем изменяется направление вектора Фв бесконтактного сельсина с униполярным возбуждением ?Какой вид имеет характеристика Ес=f() сельсина вне синхронной связи?
Какой вид имеет график зависимости погрешности от момента нагрузки на валу СП в индикаторном режиме работы?
Какой вид имеет график характеристики Ес=f() сельсина вне синхронной связи?
Какой вид имеет график зависимости погрешности от напряжения возбуждения в индикаторном режиме работы?
Какой вид имеет график характеристики Мс=f() в индикаторном режиме работы?
5.2. Перечень вопросов для допуска к лабораторной работе
1. В каком режиме определяется зависимость напряжения СП от угла поворота СД?
2. В каком режиме работы определяется зависимость изменения угла поворота датчика от напряжения возбуждения?
3. В каком режиме работы исследуются зависимости напряжений обмотки синхронизации СД от угла поворота ротора?
4.В каком режиме работы имеется возможность сложения и вычитания двух угловых перемещений?
5. В каком режиме определяется зависимость изменения угла поворота ротора датчика от момента нагрузки?
6. В каком режиме определяется величина остаточного напряжения СП?
7. В каком режиме работы на СП снимается напряжение, амплитуда которого является функцией угла поворота датчика?
8. В каком режиме работы определяется класс точности сельсинов?
9. Какое номинальное напряжение подаётся на ОВ СД и СП в индикаторном режиме?
10. Какое номинальное напряжение имеет дифференциальный сельсин?
11. Какова частота питающего напряжения сельсинов?
12. Какое номинальное напряжение подаётся на ОВ СД в трансформаторном режиме?
13. При каких сопротивлениях цепей производится определение остаточного напряжения СП в трансформаторном режиме?
14. В каком положении ротора СД производится определение остаточного напряжения СП в трансформаторном режиме?
15. Какие величины поддерживаются постоянными при снятии зависимости погрешности дистанционной передачи угла от Мнг?
16. В каких пределах, через сколько градусов и в какую сторону изменяется угол поворота ротора при определении класса точности?
17. В каких пределах и через сколько Вольт меняется Uв при снятии зависимости изменения угла поворота от Uв в индикаторном режиме?
18. Какие параметры поддерживаются постоянными при снятии зависимости погрешности отработки угла поворота ротора СП от Uв?
19. Какая зависимость исследуется в трансформаторном режиме работы?
20. Для каких трёх случаев производится определение зависимости Uвых от угла поворота датчика в трансформаторном режиме?
21. На каких сельсинах задаются углы для их алгебраического сложения?
22. В каких пределах и через сколько градусов рекомендовано изменять угол поворота ротора в режиме вне синхронной связи ? 23. С помощью какого устройства регулируется Uв в индикаторном режиме при снятии зависимости угла поворота ротора СП от Uв СД?
24. С помощью какого устройства на вход схемы подаётся питающее напряжение?
25. Сколько сельсинов используется для опытов в режиме с дифференциальным сельсином?
26. В связи с чем ЭДС в обмотке синхронизации контактного сельсина меняется при повороте ротора?
27. В связи с чем ЭДС в обмотке синхронизации бесконтактного сельсина зависит от угла поворота ротора?
28. В связи с чем ЭДС выходной обмотки СП в трансформаторном режиме зависит от угла поворота СД?
29. С помощью чего создаётся момент нагрузки на валу СП в индикаторном режиме?
30. С помощью какого прибора определяется остаточное напряжение СП в трансформаторном режиме работы?
АСИНХРОННЫЕ ТАХОГЕНЕРАТОРЫ
3.1. Общие сведения и классификация асинхронных тахогенераторов.
Тахогенераторами называют электрические микромашины, работающие в генераторном режиме и служащие для преобразования угловой скорости ротора в пропорциональный электрический сигнал.
Классификация АТГ по назначению.
АТГ подразделяют на три группы :- измерители угловой скорости;
датчики ускоряющих и замедляющих сигналов обратной связи в системах автоматического регулирования;
элементы автоматических вычислительных устройств для решения задач дифференцирования и интегрирования функций.
Классификация АТГ по расположению обмоток.
Имеет место расположение обмоток статора:
обе обмотки на внешнем статоре;
обе обмотки на внутреннем статоре;
одна обмотка на внешнем статоре, а другая на внутреннем.
1.2. Конструкция АТГ.
Конструкция асинхронных тахогенераторов аналогична конструкции исполнительных асинхронных двигателей с полым немагнитным ротором. На внешнем статоре расположены две однофазные обмотки, сдвинутые относительно друг друга на угол 90 градусов.
На рисунке 1 представлена конструкция АТГ при расположении обеих обмоток на внешнем статоре.

Рис.1. Конструкция АТГ.
Корпус.
Внешний статор.
Двухфазная обмотка статора.
Полый немагнитный ротор.
Внутренний статор.
Вал.
Внутренний статор служит для уменьшения магнитного сопротивления на пути основного магнитного потока, проходящего через воздушный зазор.
Магнитопроводы внешнего и внутреннего статоров набирают из листов электротехнической стали.
Полый ротор находится в воздушном зазоре между внутренним и внешним статорами. Он выполнен в виде тонкостенного стакана из сплавов алюминия и меди.
Достоинствами конструкции АТГ являются:
высокая надёжность;
низкий уровень создаваемых шумов.
Недостатком конструкции АТГ является наличие большого немагнитного зазора, состоящего из двух воздушных зазоров: между внешним статором и ротором, между ротором и внутренним статором, и стенки немагнитного ротора. Это приводит к увеличению магнитного сопротивления пути основного магнитного потока.
К основным требованиям, предъявляемым к тахогенераторам, относятся следующие:
минимальная погрешность отображения функциональной зависимости;
минимальное изменение фазы выходной ЭДС при изменении скорости ротора;
максимальная крутизна;
малая электромагнитная постоянная времени;
1.3. Принцип действия АТГ.
Схема асинхронного тахогенератора показана на рис.2. К обмотке возбуждения статора В подводится неизменное по амплитуде и частоте напряжение возбуждения U1. Другая обмотка статора Г является генераторной, и с ее зажимов снимается выходной сигнал Uг. В общем случае она оказывается замкнутой на внешнее сопротивление нагрузки Zнг.
Рассмотрим принцип работы асинхронного тахогенератора. На эквивалентной схеме, представленной на рис.3, для упрощения качественного анализа полый ротор заменен конечным числом витков, замкнутых накоротко на торцах, и внешняя цепь обмотки Г разомкнута.

Рис.2. Схема АТГ.
Рис.3. Эквивалентная схема АТГ.
При неподвижном роторе тахогенератор можно рассматривать как трансформатор, первичной обмоткой которого служит обмотка статора В, а вторичной – обмотка ротора. Магнитный поток, созданный м.д.с. обмотки В, наводит Е тр. Поскольку ротор короткозамкнутый, по этим виткам проходит ток Iтр и создает магнитный поток, направленный, согласно правилу Ленца, навстречу магнитному потоку обмотки В. Следовательно, по оси В тахогенератора устанавливается результирующий магнитный поток Фв, пульсирующий с частотой f1 напряжения возбуждения. При этом ЭДС Ег в генераторной обмотке равна нулю, так как вектор магнитного потока Фв перпендикулярен оси этой обмотки.
Приведем ротор тахогенератора во вращение с угловой скоростью 2. Ввиду симметрии ротора процесс наведения в нем трансформаторной ЭДС Етр не изменится. По оси В, как и в предыдущем случае, пульсирует магнитный поток Фв, который в первом приближении можно считать независящим от угловой скорости ротора. Витки ротора вращаются в поле этого потока, и в них наводится ЭДС вращения Евр ( условно показана на внешнем кольце витков). В соответствии с теорией электрических машин результирующая ЭДС вращения обмотки ротора
Евр=k2Фв,
где k – коэффициент, зависящий от конструктивных параметров машины.
При Фв = const э.д.с. Евр является линейной функцией угловой скорости ротора. Под действием ЭДС Евр в обмотке ротора течет ток Iвр и создается поток Фг, направленный, согласно правилу буравчика, по оси генераторной обмотки Г. Так как значение тока Iвр прямо пропорционально ЭДС Евр, то созданный этим током магнитный поток Фг совпадает с частотой напряжения возбуждения. Магнитный поток Фг индуцирует в генераторной обмотке статора трансформаторную ЭДС
Ег=4.44WГ.эф.f1Фг
где Wг.эф. – число эффективных витков обмотки Г.
Частота выходной ЭДС Ег совпадает с частотой f1 потока Фг и напряжения возбуждения Uв и не зависит от угловой скорости ротора 2 . Это позволяет применять асинхронные тахогенераторы в системах, работающих при постоянной частоте.
Так как значение Фг прямо пропорционально угловой скорости ротора, то
Ег= Sг2=SгdQг/dt,
где Sг – крутизна, зависящая от конструктивных параметров и напряжения возбуждения тахогенератора, Qг – угол поворота ротора
1.4. Характеристики АТГ.
Как видно, выходная ЭДС тахогенератора Ег прямо пропорциональна угловой скорости ротора тахогенератора. При принятом допущении о независимости потока Фв от 2 функция Ег = f(2) является линейной.
В действительности значение магнитного потока Фг несколько уменьшается при увеличении угловой скорости 2. Это объясняется тем, что под действием потока Фг во вращающихся витках ротора наводится дополнительная ЭДС вращения Евр.д. Направление Евр.д. совпадает с направлением ЭДС Ег. Так как величина Фг пропорциональна 2, то величина Евр.д пропорциональна 2*2. Следовательно, созданный ею ток и магнитный поток будут нелинейно уменьшать магнитный поток Фв при увеличении скорости. Выходная характеристика АТГ при х.х. Ег = f(2) отклоняется от линейной зависимости, т.е. появляется погрешность отображения функциональной зависимости.(рис.4).
Если замкнуть обмотку статора Г на внешнее нагрузочное сопротивление Zн, то по ней потечет ток Iг. Поток Фг будет создаваться геометрической суммой ЭДС ротора и обмотки статора Г, что скажется на значении ЭДС Ег. Кроме того, само выходное напряжение Uг будет определяться геометрической разностью ЭДС Ег и падения напряжения на сопротивление обмотки Zгс . . .
Uг= Eг – Iг Zгс.
Указанные физические процессы обуславливают вид выходной характеристики тахогенератора при работе с нагрузкой.(рис.4).

Рис.4. Выходные характеристики АТГ.
1.5. Основными техническими показателями АТГ являются:
Линейность выходной характеристики.
Отклонение выходной характеристики от линейного закона является погрешностью отображения заданной функциональной зависимости.
В АТГ, служащих для измерения частоты вращения, эта погрешность обычно составляет 0.2-2.5%. Крутизна тахогенератора.
Крутизна АТГ может быть определена на основании выходной характеристики по формуле:
Sг = Uг/2;
У АТГ Sг = (1-10)мВ/об/мин.
Величина остаточной ЭДС.
Остаточная ЭДС (Eот)определяется как наибольшая остаточная ЭДС по основной гармонике в пределах оборота ротора, отнесённая к крутизне тахогенератора Eот/Sг и составляет 15÷50 об/мин.
Частота вращения.
Максимальная рабочая частота вращения АТГ лежит в пределах (8000-10000) об/мин.
2. Структура подсистемы обучения и контроля знаний по асинхронным тахогенераторам
Структура автоматизированной обучающей подсистемы представлена на рис.5. Обучающая среда состоит из трёх основных групп блоков, объединенных общими функциональными особенностями:
группа ввода и коррекции информации;
группа сервисных средств;
группа управления работой обучающей среды.
Группа ввода и коррекции информации состоит из:
- графического редактора PaintBrush, который предназначен для ввода новых и корректировки уже существующих графических форм режимов обучения и контроля знаний;
- командной оболочки Delphi, предназначенной для определения логики вывода графических форм режима обучения;
- текстового редактора, предназначенного для коррекции старых и введения новых вопросов и ответов для режима контроля знаний;
- данных подсистемы, которые представляют собой совокупность файлов с графической и текстовой информацией для режимов контроля и обучения.
БЛОК ОБУЧЕНИЯ
Блок настройки базы вопросов
База вопросов
Блок управления подсистемой обучения и контроля знаний по АТГ
Блок
контекстной помощи по интерфейсу
БЛОК КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ
Экспресс-контроль знаний
Полный контроль знаний
Статистика
Экспертный контроль знаний

Рис. 5. Структура подсистемы обучения и контроля знаний по АТГ.
Группа сервисных средств состоит из :- блока контекстной помощи, который по требованию выдаёт справочную информацию.
- блока управления интерфейсом, который выполняет следующие функции:
1. ввод информации с клавиатуры;
2. ввод информации при помощи мыши;
3. предупреждение пользователя о некорректных или фатальных действиях.
Группа управления работой обучающей среды состоит из:
блока управления обучающей средой, который выполняет все диспетчерские функции в системе и определяет последовательность вызова подпрограмм, передачи промежуточных результатов между модулями и для вывода пользователю.
- блока "Режим обучения", который управляет подсистемой обучения, выбирает из базы знаний необходимый рисунок и выдает его на экран пользователя.
- блока "Режим контроля", который управляет режимом экспресс-контроля знаний;
- блока "Контроль с обучением", который управляет режимом контроля знаний с обучением;
- блока "Экспресс-контроль", который управляет режимом экспресс-контроля знаний;
- блока "Допуск к лабораторной работе", который управляет режимом допуска к лабораторной работе;
- блока "Выполнение лабораторной работы", который управляет режимом выполнения лабораторной работой.
3. Порядок работы АОС по асинхронным тахогенераторам
3.1 Установка системы на жесткий диск.
Установка системы на жесткий диск может быть произведена непосредственным копированием файлов.
3.2 Начало работы.
Загрузка системы.
Для запуска подсистемы обучения и контроля знаний необходимо:
Создать на выбранном диске директорию (например, ATG).
Записать в неё файлы и разархивировать их:
- Atg.exe — основная программа для запуска системы;
- Atg.hlp — файл справочной службы;
В директории также должны находиться файлы с текстовыми и графическими вопросами.
Для начала работы необходимо запустить на выполнение файл Atg.exe. Об успешной загрузке системы свидетельствует появление рабочего экрана.
Рабочий экран подсистемы разделен на три прямоугольные области:
- меню команд;
- рабочая панель экрана;
- строка статуса.
Строка меню обеспечивает доступ ко всему дереву команд, выпадающим меню и диалоговым окнам (рис.6).
3.3. Работа в режиме обучения.
При активации меню РЕЖИМ ОБУЧЕНИЯ предоставляется доступ к слайд-фильму с теорией по теме «Асинхронный тахогенератор» и списку литературы, которая может потребоваться при подготовке к тестированию.
3.4. Работа в режиме контроля знаний.
РЕЖИМ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ выдает подменю с возможными режимами тестирования.
В режиме ПОЛНЫЙ КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ предлагается ответить на 26 вопросов по трем разделам:
"Конструкция АTГ, общие вопросы" - 11 вопросов;
- "Физика процессов, принцип действия, уравнения" - 11 вопросов;
- "Вопросы на знание характеристик АTГ " - 4 вопроса.
КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ С ОБУЧЕНИЕМ.
Данный режим аналогичен режиму полного контроля знаний, но имеется возможность получения подсказки.
ЭКСПРЕСС - КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ.
В каждом разделе может задаваться от одного до трёх вопросов (до начала тестирования выбирается количество вопросов). Вопросы выбираются случайным образом по 3 разделам.
ДОПУСК К ЛАБОРАТОНЫМ РАБОТАМ.
Необходимо дать по одному правильному ответу в каждом из пяти разделов:
"Вопросы на знание характеристик, снимаемых при исследовании устройства".
"Вопросы на знание входных и выходных параметров АТГ".
"Вопросы на знание конструкции АТГ и условий проведения опытов".
"Вопросы на знание приборов и номинальных параметров, необходимых при исследовании устройства".
"Вопросы на знание схемы исследования АТГ".
Пятый раздел данного режима - графический, где предлагается ответить на один вопрос, выбранный случайным образом. В случае правильного ответа происходит допуск к выполнению работы.

Рис.6. Структура меню подсистемы автоматизированного обучения по асинхронным тахогенераторам.
3.5 Работа в режиме «Лабораторная работа».
Выдается подменю с последовательностью выполнения лабораторной работы.
СБОРКА СХЕМЫ.
Выдается подменю с последовательностью выполнения лабораторной работы.
СБОРКА СХЕМЫ:
На экране появляется рабочее поле для сборки схемы исследуемого устройства. Если схема собрана верно, то Вы допускаетесь к выполнению опытов.
Панель диалога “Сборка схемы” (рис.7) состоит из:
1. Рабочего поля для сборки схемы.
2. Панели с приборами и соединительными проводами.
3. Четырех кнопок “Проверить”, “Очистить”, “Справка”, “Выход”.

Рис.7. Окно сборки схемы исследования АТГ.
ИССЛЕДОВАНИЕ УСТРОЙСТВА.
Выполняются последовательно четыре опыта. После выполнения опытов строка подменю «Лабораторная работа» будет недоступна.
При выполнении каждого задания можно получить дополнительную информацию, обратившись к блоку контекстной справки.
В данной лабораторной работе исследуются:
остаточная ЭДС АТГ;
выходная характеристика АТГ Uг= f(2);
внешняя характеристика АТГ Uг= f(Zнг) при активной нагрузке ;внешняя характеристика АТГ Uг= f(Zнг)при емкостной нагрузке;
Окно выполнения опыта 1,2,3,4 представлено на рис. 8, 9, 10, 11.

Рис.8. Исследование остаточной ЭДС АТГ (окно выполнения опыта 1).

Рис.9. Исследование выходных характеристик (окно выполнения опыта 2).

Рис.10. Исследование внешней характеристики при активной нагрузке (окно выполнения опыта 3).
Рис.11. Исследование внешней характеристики при ёмкостной нагрузке (окно выполнения опыта 4).
Выбрав кнопку «Справка», Вы можете получить окно справочной системы, а также указания по проведению опыта.
Выбрав кнопку «Закончить», Вы прервёте выполнение текущего опыта и при этом убирается с экрана панель диалога «Снятие опытных данных». После этого можно приступить к выполнению следующего опыта.
Нажимать кнопку «Закончить» следует только в случае, если снято достаточно измерений.
Выбрав кнопку «Печать», Вы можете вывести текущие данные на принтер.
Выбрав кнопку «График», Вы увидите иллюстрацию теоретической зависимости расчетных данных (Рис.12).
Выбрав кнопку «Очистить», Вы выполните очистку рабочего поля текущей панели диалога.
Выбрав кнопку «Выход», Вы прерываете выполнение лабораторной работы и возвращаетесь в основное меню подсистемы. Для того чтобы потом продолжить выполнение лабораторной работы, нужно вновь пройти допуск и собрать схемы.

Рис.12. График механической характеристики
3.6. Работа со «Справкой».
Содержание.
В содержании указана структура меню подсистемы контроля знаний и методические указания.
Индекс.
Индекс содержит алфавитный указатель. Любой элемент алфавитного указателя содержит гиперссылку.
О программе.
Содержатся сведения о версии, авторе и времени создания системы.
3.7 Завершение работы с АОС.
Для завершения работы с подсистемой необходимо выполнить опцию «Выход».
4. Выполнения лабораторной работы в АОС.
4.1 Цель лабораторной работы.
Целью лабораторной работы является изучение конструкции асинхронного тахогенератора и проведение опытов, необходимых для определения его основных характеристик.
4.2. Порядок выполнения лабораторной работы.
1. Ознакомиться с правилами работы раздела лабораторного исследования.
2. Ознакомиться c конструкцией асинхронного тахогенератора, записать его технические данные и технические измерительных приборов, используемых в работе.
3. Получить допуск для лабораторного исследования
4. Произвести опыт по определению остаточной э.д.с.
5. Произвести опыты по определению выходных характеристик при холостом ходе и нагрузке.
6. Произвести опыты по определению внешних характеристик при активной и емкостной нагрузке.
7. Рассчитать крутизну тахогенератора.
8. Оформить отчет по работе.
4.3. Допуск к лабораторной работе.
Необходимо дать по одному правильному ответу в каждом из четырех разделов:
4.4. Выполнение лабораторной работы.
Пояснения к работе.
В настоящей работе исследуется асинхронный тахогенератор. Для проведения компьютерного исследования собирается схема исследования (рис.7), аналогичная схеме исследования на реальном стенде. В окне сборки схемы должен быть помещён исполнительный двигатель постоянного тока с якорным управлением, т.к. на реальном стенде им приводится во вращение ротор АТГ. Измерение напряжений нужно производить вольтметром с большим входным сопротивлением. Частота вращения n2 измеряется бесконтактным способом при использовании цифрового тахометра. Сигнал на вход тахометра подается от бесконтактного датчика скорости. Вал датчика скорости соединен о валом исследуемого тахогенератора и датчик вырабатывает импульсы, частота которых пропорциональна частоте вращения ротора тахогенератора.
Для построения характеристик снимать 5-6 опытных точек.
Задание 1.
1. Соберите схему исследования асинхронного тахогенератора ТГ (приложение1, рис.16) и схему приводного двигателя Д.
Определите остаточную э.д.с. Eот и ее изменение от. Напряжение возбуждения тахогенератора U1 номинальное. Цепь выходной обмотки разомкнута. Опытные и расчётные данные свести в таблицу 2.
Таблица 2.
Опытные данные Расчетные данные
О.MAX О.MIN от от
мВ мВ мВ мВ
3. Опытные данные для построения выходных характеристик тахогенератора Uг = f(2) при номинальном напряжении возбуждения задаются в диапазоне изменения угловой скорости от 0 до 1,5 синхронной (для асинхронного тахогенератора синхронная скорость 1 является условной 1 = 2pгде f - частота сети; p - число пар полюсов машины, указанные на стенде);
а) для режима холостого хода ZНГ = (к выходной обмотке подключен только вольтметр);
б) для активной нагрузки RНГ = 1000 Ом
Опытные и расчётные данные свести в таблицу данные свести в таблицу 3.
Таблица 3.
Опытные денные Расчетные данные
n2
(об/мин) UГ , В 2
(рад/с) n2
(об/мин) UГ , В STE
мВ/
об/мин STU
мВ/
об/мин
ZНГ = RНГ ZНГ = RНГ 4. Для исследования внешних характеристик асинхронного тахогенератора от Uг =f(ZНГ) при номинальном напряжении возбуждения и синхронной угловой скорости:
а) при активной нагрузке Rнг используется окно 3 (рис.13),
б) при емкостной нагрузке Хнг.С используется окно 4 (рис.14).
Диапазон изменения сопротивлений нагрузки RНГ и емкостей СНГ указан на стенде.
Данные свести в таблицу 4.
Таблица 4.
Опытные данные Расчетные данные
RНГ
Ом UГ
В СНГ
мкФ UГ
В Хнг.сSTU мВ/об/мин
ZНГ = RНГ ZНГ= Хнг.сПри расчете крутизны STU в данном опыте приращение частоты вращения n2 равно заданной частоте вращения n2.
4.5. Содержание отчета о лабораторной работе.
1. Теоретические сведения и расчётные формулы
2. Технические данные тахогенератора, приводного двигателя и измерительных приборов.
Электрические схемы опытов
Таблицы №2, №3, №4.
5.Графики зависимостей:
6.Выводы по результатам эксперимента
7. Библиографический список

5. Перечень вопросов по теме.
5.1. Вопросы для защиты лабораторной работы.
Конструкция АТГ. Общие вопросы.
Для преобразования каких сигналов предназначен АТГ?
Из какого материала выполняется магнитопровод статора АТГ?
Из какого материала выполняется полый немагнитный ротор АТГ?
Что является недостатком конструкции АТГ?
На какой угол сдвинуты оси однофазных обмоток статора АТГ?
Физика процессов. Принцип действия, уравнения.
Как называется ЭДС, наводящаяся в роторе АТГ при скорости вращения равной нулю?
Как называется ЭДС, наводящаяся в роторе АТГ при скорости вращения не равной нулю?
Как называется поток, вызывающий ЭДС в выходной обмотке АТГ?
Какова формула выходного напряжения АТГ с полым немагнитным ротором?
Каково соотношение выходного напряжения и скорости вращения ротора АТГ?
Вопросы на знание характеристик АТГ.
Каков вид внешней характеристики АТГ при индуктивном характере нагрузки?
Каков вид внешней характеристики АТГ при активном характере нагрузки?
Каков вид внешней характеристики АТГ при ёмкостном характере нагрузки?
Каков вид выходной характеристики?
5.2. Вопросы для допуска к лабораторной работе.
Вопросы на знание характеристик АТГ.
Каковы наиболее полные и правильные условия снятия выходных характеристик?
Какая зависимость является выходной характеристикой АТГ?
Какая зависимость является внешней характеристикой АТГ?
При каком характере нагрузки снимаются внешние характеристики?
5. В каком диапазоне скоростей снимаются выходные характеристики исследуемого АТГ?
Вопросы на знание входных и выходных параметров, исследуемого АТГ, их зависимостей.
Какой сигнал является выходным сигналом АТГ?
Что происходит с Uвых при уменьшении активного сопротивления нагрузки от бесконечности до Rном при рот=const?
Каким прибором проводят измерение выходного сигнала при исследовании АТГ?
Что происходит с Uвых АТГ при увеличении ёмкостного сопротивления нагрузки от 0 до бесконечности при рот=const?
Какой сигнал АТГ является выходным сигналом?
Вопросы на знание конструкции АТГ и условий проведения опытов.
Каков тип ротора исследуемого АТГ?
На какой угол сдвинуты оси однофазных обмоток статора АГТ?
Каким устройством измеряют скорость исследуемого тахогенератора?
Что необходимо измерить для расчёта коэффициента усиления в режиме нагрузки?
Каковы наиболее полные и правильные условия измерения остаточной ЭДС?
Вопросы на знание приборов, устройств и условий проведения опытов.
Каким прибором производится измерение выходного напряжения?
Каким устройством производится измерение скорости вращения?
С помощью какого прибора измеряется остаточная ЭДС?
С помощь какого двигателя вал ротора тахогенератора приводится во вращение?
Вопросы на знание схемы исследования АТГ.
Под каким номером на рисунке изображён ротор АТГ?
Под каким номером на рисунке изображён вольтметр?
Под каким номером на рисунке изображён диодный мост?
Под каким номером на рисунке изображена генераторная обмотка АТГ?
Под каким номером на рисунке изображена обмотка возбуждения АТГ?

4. ТАХОГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
4.1. Конструкция ТГПТ
Тахогенераторами называют электрические микромашины, работающие в генераторном режиме и служащие для преобразования угловой скорости ротора в пропорциональный электрический сигнал.
Тахогенераторы постоянного тока по принципу действия и конструкции представляют собой электрические коллекторные машины постоянного тока с независимым электромагнитным возбуждением или с возбуждением от постоянных магнитов. Тахогенераторы постоянного тока по конструкции якоря подразделяют на три типа: с барабанным якорем, с дисковым якорем и с полным немагнитным якорем (рис.1,2,3).

1-Корпус
2-Сердечники главных полюсов
3-Сосредоточенная обмотка
4-Сердечники дополнительных полюсов
5-Обмотки возбуждения
6- Сердечник якоря
7-Распределенная обмотка якоря
8-Коллектор
9-Щётки
10-Вал
Рис. 1 . Конструкция ТГПТ с барабанным якорем
1. Постоянные магниты
2,3. Кольцевые магнитопроводы4. Полюсные наконечники
5. Немагнитный дисковый якорь
6. Щетки
Рис. 2 . Конструкция ТГПТ с дисковым якорем
1 – Внешний статор
2 – Якорь
3 – Внутренний статор
4 – Коллектор
5 – Щётки
6 – Корпус
7 – Подшипниковые щиты
8 – Подшипники
9 - Вал
1.
Рис. 3 . Конструкция ТГПТ с полым немагнитным якорем
2. Принцип действия и характеристики ТГПТ
Выходной характеристикой тахогенератора постоянного тока является зависимость напряжения на зажимах якоря Uя от угловой скорости якоря при постоянном магнитном потоке возбуждения Фв и постоянном нагрузочном сопротивлении Rн (рис 4). Из теории электрических машин известно, что э.д.с. якоря Ея прямо пропорциональна магнитному потоку возбуждения и угловой скорости якоря[1,2,3,4] . Значит, при постоянном магнитном потоке можно записать
Ея=СЕ= СЕ d/dt, (1)
где – угол поворота якоря тахогенератора; СЕ – постоянная машины, равная kФв; k – конструктивный коэффициент.
Выражение (1) – это уравнение выходной характеристики тахогенератора постоянного тока при холостом ходе, т.е. при разомкнутой цепи якоря.
rн=
Uяrн1
rн2



Рис.4. Выходная характеристика ТГПТ
При подключении обмотки якоря к зажимам прибора или устройства с конечным значением входного сопротивления и при постоянстве магнитного потока возбуждения выходное напряжение будет меньше э.д.с. якоря на значение падения напряжения в цепи якоря:
Uя=Ея-IяR.я, (2)
где – Iя – ток якоря; R.я – сопротивление цепи якоря, равное сумме сопротивлений обмотки якоря и переходного щеточного контакта.
Так как ток определяют по закону Ома с помощью соотношения
Iя= Uя/ Rн , (3)

то Uя= Ея/( 1+R.я / Rн) = СЕ/( 1+R.я / Rн) (4)
Уравнение (4) свидетельствует о линейности выходной характеристики тахогенератора постоянного тока в случае постоянства магнитного потока возбуждения и сопротивления переходного щеточного контакта.
1.3. Погрешности ТГПТ и борьба с ними
Выходная характеристика реального ТГПТ может отклоняться от линейной зависимости (4). Это объясняется двумя факторами:
1) возникновением при нагрузке тахогенератора реакции якоря, ослабляющей поток возбуждения, при этом э.д.с. Ея якоря будет зависеть от нагрузки ;2) изготовлением ТГПТ с графитовыми щетками, у таких ТГПТ постоянным следует считать не сопротивление переходного контакта, а падение напряжения в нем Uщ . Т.е. Uя будет зависить от Uщ.
В связи с этим при учете размагничивающего действия реакции якоря и постоянства падения напряжения в щеточном контакте:
- выходная характеристика является нелинейной, т.е. появляется погрешность отображения функциональной зависимости;
- выходная характеристика начинается не из нуля, так как при малой угловой скорости якоря Uщ .> Ея. Это означает, что тахогенератор имеет зону нечувствительности.
Для улучшения линейности выходной характеристики ТГПТ целесообразно подключать на выход тахогенератора как можно большее нагрузочное сопротивление Rн и использовать небольшой диапазон угловых скоростей якоря, так как в этом случае влияние реакции якоря незначительно. Весьма высокая линейность характеристик у тахогенераторов, выполненных на базе машины постоянного тока с полым или дисковым якорем, потому что у таких машин снижено влияние реакции якоря.
Зону нечувствительности в ТГПТ уменьшают, применяя металлические щетки с серебряными напайками в местах прикосновения к коллектору.
У тахогенераторов постоянного тока с электромагнитным возбуждением возможна температурная погрешность вследствие нагрева обмотки полюсов, повышения ее сопротивления и уменьшения тока возбуждения и выходного напряжения. Такая же погрешность возможна при колебаниях напряжения в сети, питающей обмотку полюсов. Чтобы поток возбуждения из-за указанных причин не изменялся, магнитную систему тахогенератора выполняют с большим насыщением, т.е. рабочую точку на кривой намагничивания выбирают выше колена, где, как известно, даже значительные изменения тока возбуждения не вызывают существенных изменений магнитного потока.

Рис.5. Теплочувствительные магнитные шунты (МШ)
Однако насыщение магнитной системы может оказаться и недостатком тахогенератора, если его крутизну необходимо изменять путем регулирования магнитного потока за счет тока возбуждения. В этом случае магнитопровод тахогенератора выполняют ненасыщенным, а для предотвращения температурной погрешности применяют теплочувствительные магнитные шунты МШ (рис.5), магнитное сопротивление которых увеличивается с ростом температуры. При нагревании сопротивление обмотки увеличивается и поток Фв уменьшается, но при этом растет и магнитное сопротивление потоку рассеяния Фб через шунты. Поток рассеяния начинает все более замыкаться через якорь, и э.д.с. якоря восстанавливается до исходного значения.
Важными техническими показателями качества работы ТГПТ являются крутизна, асимметрия выходного напряжения и коэффициент пульсаций выходного напряжения.
Крутизна (или статический коэффициент усиления) – это изменение выходной э.д.с. или напряжения, приходящегося на единицу частоты вращения:
или
Тахогенератор с возбуждением от постоянных магнитов не имеет погрешностей, которые возникают в результате колебаний магнитного потока от указанных причин. Однако в нем невозможно регулирование крутизны. Существенное преимущество такого тахогенератора состоит в том, что он не нуждается в источнике питания. При правильном выборе материала для постоянных магнитов можно свести к минимуму погрешности из-за изменения свойств с течением времени.
Тахогенераторам постоянного тока в режиме нагрузки присущ еще один вид погрешности – асимметрия – отклонение выходных напряжений тахогенератора от среднего значения при равных угловых скоростях и разных направлениях вращения ротора. Асимметрия обусловлена, в основном, неточностью установки щеток на геометрической нейтрали и определяется выражением(5):
, (5)
где Uяч и Uяп – выходные напряжения при вращении по и против
часовой стрелки.
Определенную погрешность в работу тахогенератора постоянного тока вносят пульсации выходного напряжения, которое не является постоянным во времени при постоянной угловой скорости ротора. Коэффициент пульсации выходного напряжения представляет собой отношение амплитуды переменной составляющей выходного напряжения Uяк среднему значению выпрямленного напряжения Uя при установившейся угловой скорости(6):
(6)
Основная гармоника напряжения пульсации обусловлена работой коллектора машины как механического выпрямителя. Можно выделить три основных вида пульсаций: якорные, зубцовые и коллекторные.
Якорные пульсации вызваны изменением магнитного сопротивления и, как следствие, магнитного потока в пределах одного оборота якоря, которое может быть обусловлено эллиптичностью или эксцентриситетом якоря, магнитной анизотропией его материала. Частота якорных пульсаций в двухполюсной машине(7):
fя=/. (7)
Амплитуду якорных пульсаций можно снизить путем относительного увеличения воздушного зазора, веерной сборки сердечника якоря и повышения точности его обработки.
Зубцовые пульсации связаны с изменением магнитного потока и характера его распределения под полюсом вследствие зубчатости поверхности якоря. Частота зубцовых пульсаций (8):
fЗ=z/2, (8)
где z – число зубцов на поверхности якоря.
Амплитуда зубцовых пульсаций снижается при скосе пазов якоря относительно образующей цилиндра, при правильном выборе ширины полюсных наконечников и применении ферромагнитных клиньев для крепления обмотки в пазах.
Якорные и зубцовые пульсации отсутствуют, если в качестве тахогенератора используется машина с полым немагнитным или дисковым якорем.
Коллекторные пульсации вызваны в основном периодическим изменением числа катушек в параллельных ветвях обмотки якоря вследствие замыкания части катушек при коммутации и вибрацией щеток на коллекторе. Частота коллекторных пульсаций (9):
fк=К/2, (9)
Амплитуда коллекторных пульсаций уменьшается с увеличением числа катушек и коллекторных пластин К, а также с повышением качества обработ-ки поверхности коллектора и притирки щеток.
Зубцовые и коллекторные пульсации выходного напряжения являются высокочастотными и легко сглаживаются LC-фильтрами. Якорные пульсации имеют более низкую частоту. Они особенно отрицательно сказываются при работе тахогенератора в системе автоматического регулирования в зоне малых угловых скоростей (подход системы к устойчивому положению), когда период пульсации становится соизмеримым с постоянной времени исполнительного элемента. У прецизионных тахогенераторов амплитуда пульсаций достигает 0,1-1% от среднего напряжения.
К преимуществам тахогенераторов постоянного тока относят возможность получения высокой линейности выходной характеристики и большой крутизны, что предопределяет их использование в ряде систем автоматики.
Однако имеется ряд недостатков, ограничивающих применение тахогенераторов постоянного тока: наличие скользящего контакта коллектор – щетки, значительно снижающего надежность машины; необходимость использования фильтров для устранения радиопомех и сглаживания пульсации выходного напряжения; сложность конструкции и относительно высокая стоимость.
При оценке точности тахогенераторов постоянного тока используют два показателя: погрешность отображения функциональной зависимости и асимметрию. Эталонная характеристика представляет собой прямую линию, проведенную в установленном диапазоне угловой скорости. Класс точности тахогенератора устанавливают по наихудшему из показателей. В зависимости от класса допустимая погрешность и асимметрия лежат в диапазоне 0,02-2,5%.
Тахогенератор постоянного тока можно использовать для измерения угловых ускорений, т.е. в качестве акселерометра. Для этого к зажимам якоря тахогенератора следует подключить дифференцирующую RC-цепочку и выходное напряжение снимать с сопротивления R.
2. Структура подсистемы обучения и контроля знаний по ТГПТ
Структура автоматизированной обучающей подсистемы представлена на рис.6. Обучающая среда состоит из трёх основных групп блоков, объединенных общими функциональными особенностями.
группа ввода и коррекции информации;
группа сервисных средств;
группа управления работой обучающей среды.
Группа ввода и коррекции информации состоит из:
- графического редактора PaintBrush, который предназначен для ввода новых и корректировки уже существующих графических форм режимов обучения и контроля знаний;
- командной оболочки Delphi, предназначенной для определения логики вывода графических форм режима обучения;
- текстового редактора, предназначенного для коррекции старых и введения новых вопросов и ответов для режима контроля знаний;
- данных подсистемы, которые представляют собой совокупность файлов с графической и текстовой информацией для режимов контроля и обучения.
Группа сервисных средств состоит из:
- блока контекстной помощи, который по требованию выдаёт справочную информацию.
- блока управления интерфейсом.
Группа управления работой обучающей среды состоит из:
- блока управления обучающей средой,
- блока "Режим обучения",
- блока "Режим контроля",
- блока "Контроль с обучением",
- блока "Экспресс-контроль",
- блока "Допуск к лабораторной работе",
- блока "Выполнение лабораторной работы".

Рис.6. Структура автоматизированной подсистемы обучения и контроля знаний по ТГПТ
3. Порядок работы АОС по ТГПТ
3.1 Установка системы на жесткий диск
Установка подсистемы на жесткий диск может быть произведена непосредственным копированием файлов.
3.2 Начало работы
Для запуска подсистемы обучения и контроля знаний необходимо перейти в каталог, содержащий файлы подсистемы:
tgpt.exe — основная программа для запуска системы;
tgpt.ini – основной файл, отвечающий за работу подсистемы;
tgpt.hlp — файл справочной службы;
файлы с текстовыми и графическими вопросами:
Для начала работы необходимо запустить на выполнение файл tgpt.exe.
Описание рабочего экрана
Рабочий экран подсистемы обучения и контроля знаний состоит из трех прямоугольных областей:
меню команд;
рабочая панель экрана;
строка статуса.
Строка меню обеспечивает доступ ко всему дереву команд,
выпадающим меню и диалоговым окнам (рис.7).

Рис.7. Структура меню подсистемы обучения и контроля знаний
3.3. Работа в режиме обучения
При активации меню РЕЖИМ ОБУЧЕНИЯ предоставляется доступ к слайд-фильму с теорией по теме «ТГПТ» и списку литературы, которая может потребоваться при подготовке к тестированию.
3.4. Работа в режиме контроля знаний
Режим контроля знаний - открывает подменю с возможными вариантами тестирования.
Полный контроль знаний
Студенту предлагается ответить на 23 вопроса по трем разделам:
1. "Конструкция ТГПТ, общие вопросы" - 12 вопросов.
2. "Физика процессов, принцип действия, уравнения" - 7 вопросов.
3. "Вопросы на знание характеристик ТГПТ" – 4 вопроса.
После каждого ответа студенту сообщается верно, или неверно он ответил. В конце тестирования выставляется оценка.
Контроль знаний с обучением.
Данный режим аналогичен режиму полного контроля знаний, но имеется возможность получения подсказки на каждый вопрос в виде фрагмента из теоретического слайд-фильма.
Экспресс-контроль знаний
Данный режим рекомендуется для защиты лабораторных работ. По желанию преподавателя, студенту задается от 3 до 9 вопросов по трем разделам:
1."Конструкция ТГПТ, общие вопросы";
2."Физика процессов, принцип действия, уравнения";
3."Вопросы на знание характеристик ТГПТ"..В процессе тестирования студенту не сообщается верно, или неверно он отвечает. Только после окончания тестирования сообщаются результаты и оценка.
Допуск к лабораторной работе
В этом режиме студент должен показать уровень знаний, достаточный для выполнения лабораторной работы. Для этого необходимо дать по одному правильному ответу в каждом из пяти разделов:
1.“ Общие вопросы по проведению исследования ТГПТ”.
2.“ Вопросы по проведению опыта исследования выходной характеристики ТГПТ”.
3.“ Вопросы по проведению опыта снятия внешней характеристики ТГПТ”.
4.“ Вопросы, связанные с исследованием переменной составляющей выходного сигнала ТГПТ”.
5.“Вопросы на знание схем исследования ТГПТ”.
В первых 4–ех разделах дается по три попытки ответа, а в последнем разделе – одна попытка.
Ответы на вопросы приводятся в том же виде что и в полном контроле. Особенностью является то, что при правильном ответе на вопрос происходит переход к вопросам следующего раздела, а при неправильном задается еще один вопрос из текущего раздела. Если число неправильных ответов в одном разделе больше трех, то тестирование заканчивается и выдается список рекомендуемой литературы.
Пятый раздел данного режима - графический, где студенту предлагается ответить всего на один вопрос, выбранный случайным образом. В случае правильного ответа студент допускается до выполнения работы.
3.5 Работа в режиме «Лабораторная работа»
При активации меню “ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА” выдается подменю с последовательностью выполнения лабораторной работы.
Меню «Сборка схемы» становится доступным только после успешного прохождения раздела «Допуск к лабораторной работе».
К выполнению опытов допуск осуществляется только в случае правильно собранной схемы.
Панель диалога «Сборка схемы» (рис.8) состоит из:
1. Рабочего поля для сборки схем.
2. Панели с приборами и соединительными проводами.
3. Четырех кнопок « Проверить», «Очистить», «Справка», «Выход».

Рис.8. Окно сборки схемы
В левом верхнем углу панели диалога “Сборка схемы” располагается рабочее поле для сборки схемы. Оно представляет собой матрицу размером 6 на 4. В каждую ячейку можно установить только один элемент. Вдоль правой границы панели диалога “Сборка схемы” находится панель с приборами и соединительными проводами. Для того чтобы выбрать необходимый элемент нужно подвести к нему указатель мыши и нажать правую кнопку мыши. При этом указатель мыши изменит форму. После этого нужно указать в рабочей области место, куда Вы хотите поместить этот элемент, и еще раз нажать правую кнопку мыши. Элемент будет установлен в ячейку рабочей области, а указатель мыши примет свою обычную форму. Для удаления элемента из рабочей области нужно подвести к нему указатель мыши и нажать левую кнопку. Вдоль нижней границы окна располагаются четыре кнопки “Проверить”, “Очистить”, “Справка”, “Выход».
Выбрав кнопку “Проверить”, Вы выполните проверку правильности сборки схемы. Если схема будет собрана правильно, то панель диалога “Сборка схемы” будет закрыта и Вы перейдете к выполнению опытов.
Выбрав кнопку “Очистить”, Вы выполните очистку рабочего поля текущей панели диалога.
Выбрав кнопку «Справка», Вы можете получить окно справочной системы, а также указания по проведению опыта. Кнопка Справка позволяет попасть в справочное меню, с помощью которого можно получить пояснения к лабораторной работе, а именно - к проведению опытов, к схемам исследований, требованию к отчету.
При нажатии на кнопку Выход Вы можете прервать выполнение лабораторной работы и возвратиться в основное меню подсистемы.
Для того чтобы потом продолжить выполнение лабораторной работы Вам вновь придется пройти допуск и собрать схему. Следует отметить, что без сборки схемы студент не имеет возможности проводить исследование ТГПТ.
Панель для снятия опытных данных соответствует таблицам для снятия опытных данных, показанных в п.8.4.
В строки вводятся опытные данные в указанном диапазоне. Если введено неверное значение числа нужно щелкнуть мышкой по кнопке «Очистить».
Выбрав кнопку «Печать», Вы можете вывести текущие данные на принтер.
Выбрав кнопку «График», Вы увидите иллюстрацию теоретической зависимости расчетных данных
Выбрав кнопку «Очистить», Вы выполните очистку рабочего поля текущей панели диалога.
Выбрав кнопку «Закончить», Вы прервёте выполнение текущего опыта, при этом убирается с экрана панель диалога «Снятие опытных данных». После этого можно приступить к выполнению следующего опыта. Нажимать кнопку «Закончить» следует только в случае, если снято достаточно измерений.
3.6. Работа со «Справкой»
Содержание
В содержании указана структура меню подсистемы контроля знаний и методические указания.
Индекс.
Индекс содержит алфавитный указатель. Любой элемент алфавитного указателя содержит гиперссылку.
О программе
Содержатся сведения о версии, авторе и времени создания системы.
3.7 Завершение работы с АОС
Для завершения работы с подсистемой необходимо выполнить опцию «Выход».
4. Выполнение лабораторной работы в АОС
4.1. Цель лабораторной работы
Целью лабораторной работы является изучение конструкции тахогенератора постоянного тока и проведение опытов, необходимых для определения его основных параметров и характеристик. Алгоритм блока лабораторного исследования показан на рис.9.
4.2. Порядок выполнения лабораторной работы
1. Ознакомиться с правилами работы раздела лабораторного исследования.
2. Ознакомиться с конструкцией тахогенератора постоянного тока, записать технические данные тахогенератора и измерительных приборов, используемых в работе.
3. Произвести опыты по определению выходных характеристик при холостом ходе и нагрузке.
4. Произвести опыт по определению внешней характеристики.
5. Произвести опыт по определению коэффициента пульсации входного напряжения.
6. Произвести опыты по определению асимметрии выходного напряжения.
7. Рассчитать крутизну, коэффициент пульсации и асимметрию выходного напряжения.
8. Оформить отчет по работе.
4.3 Допуск к лабораторной работе
Необходимо дать по одному правильному ответу в каждом из четырех разделов (раздел5.2).
4.4 Выполнение лабораторной работы
Собрать схему испытания тахогенератора, приведённую ранее на рис.8. Сборка схемы производится поэлементно. Измерительные приборы, включаемые в схему, следует выбирать из элементной базы, находящейся на экране справа в соответствии с номинальными данными ТГПТ. Необходимый элемент отмечается нажатием левой кнопки мыши и переносится на рабочее поле. По окончании сборки схемы на экране появляется собранная схема и можно переходить к исследованию ТГПТ.
Опыт №1. Изучение выходной характеристики ТГПТ.
Дня построения выходных характеристик тахогенератора Uя = f() при номинальном напряжении возбуждения и диапазоне изменения частоты вращения от 0 до 1,5 номинальной необходимо ввести данные в окно, показанное на рис.9:
а) для режима холостого хода Rнг =. (к выходной якорной обмотке подключен только электронный вольтметр);
Uв = const = Uном. = 110 В., Rнг =., n изменяется от 0 до 3000 об/мин.
б) для режима под нагрузкой Rнг = 1000 Ом.
Uв = const = Uном. = 110 В., Rнг = 1000 Ом., n изменяется от 0 до 3000 об/мин.

Рис. 9.Окно «Исследование выходных характеристик ТГПТ»
Опыт №2. Изучение внешней характеристики ТГПТ.
Для получения зависимости выходного напряжения тахогенератора от значения сопротивления нагрузки (внешней характеристики) Uя = f(Rнг) вносятся данные в окно, показанное на рис.10. Опыт проводится при номинальном напряжении возбуждения и номинальной частоте вращения диапазон изменения сопротивления нагрузки указан на стенде.
Uв = const = Uном. = 110 В., n2 = 3000 об/мин., Rнг изменяется от 230 до 10000 Ом..

Рис. 10. Окно « Исследование внешней характеристики ТГПТ»
При расчете крутизны Sт в данном опыте приращение частоты вращения n равно заданной частоте вращения n.
Опыт №3. Изучение асимметрии ТГПТ.
Необходимо определить значения выходного напряжения тахогенератора, необходимые для расчета асимметрии. Напряжение возбуждения номинальное. Сопротивление нагрузки Rнг = 1000 Ом.
Uв = const = Uном. = 110 В., Rнг = 1000 Ом.
Данные занести в таблицу, представленную на рис.11.

Рис. 11. Окно « Исследование асимметрии ТГПТ»
Опыт №4.. Изучение переменной составляющей напряжения ТГПТ.
Определить величину переменной составляющей выходного напряжения при номинальной частоте вращения, номинальном напряжении возбуждения и сопротивлении нагрузки Rнг = 1000 Ом.
Uв = const = Uном. = 110 В., Rнг = 1000 Ом., n = 3000 об/мин.
Данные занести в таблицу, представленную на рис.12.

Рис. 12. Окно для определения переменной составляющей выходного напряжения ТГПТ
По данным Опыта №2 рассчитать крутизну Sт для 5-6 значений сопротивления нагрузки. Данные занести в таблицу, представленную на рис.10.
По данным Опыта №3 рассчитать асимметрию и записать в таблицу, представленную на рис.11.
По данным Опыта №4 рассчитать коэффициент пульсации Кп и записать в таблицу, представленную на рис. 12.
4.5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА П О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
Отчет должен содержать:
1. Технические данные тахогенератора и измерительных приборов.
2. Схему исследования ТГПТ.
3. Таблицы, по форме представленной на рис. 9-12.
4. Графики: Uя = f();
Sт = f(Rнг);
Uя ~ f(t);
5. Основные расчетные формулы к каждому пункту.
5. Перечень вопросов по теме
5.1 Перечень вопросов для защиты лабораторной работы

Конструкция ТГПТ. Общие вопросы
1 Каков тип обмотки якоря ТГПТ?
2. Какова конструкция внешнего статора в ТГПТ с возбуждением от постоянных магнитов?
3. Какова конструкция сердечников главных полюсов в ТГПТ?
4. Какова конструкция сердечника якоря в ТГПТ?
5. Каким образом осуществляется токосъем в ТГПТ?
6. Какова конструкция коллектора в ТГПТ?
7. Каково назначение ТГПТ?
8. Какова конструкция полого немагнитного якоря ТГПТ?
9. Какова конструкция барабанного якоря ТГПТ?
10. Какова конструкция дискового якоря ТГПТ?
11. Найдите формулу статического коэффициента усиления ТГПТ.
12. Найдите формулу коэффициента пульсации ТГПТ.
Физика процессов. Принцип действия, уравнения
1.Какова зависимость выходного напряжения ТГПТ от частоты вращения якоря?
2. Какое преобразование энергии происходит в ТГПТ?
3. Что называется явлением реакции якоря в ТГПТ?
4. Какова причина возникновения реакции якоря в ТГПТ?
5. Какова зависимость выходного напряжения ТГПТ от сопротивления нагрузки?
6. Что называется выходной характеристикой ТГПТ?
7. Что называется внешней характеристикой ТГПТ?
Вопросы на знание характеристик ТГПТ
1. Каков вид идеальной выходной характеристики ТГПТ?
2. Каков вид внешней характеристики ТГПТ?
3. Каков вид выходной характеристики ТГПТ при действии реакции якоря?
4. Каков вид характеристики Eя = f(Rнг) ТГПТ при отсутствии влияния реакции якоря?
Перечень вопросов для допуска к лабораторной работе
Общие вопросы по проведению исследования ТГПТ
Какой микромашиной и при каком способе управления приводится во вращение вал якоря ТГПТ?
Каким прибором производится измерение выходного напряжения?
С помощью какого устройства производится измерение частоты вращения якоря ТГПТ?
По какой формуле определяется крутизна выходного напря жения Sт?
По какой формуле определяется коэффициент пульсации Кп?
Вопросы по проведению опыта исследования выходной характеристики
При каком напряжении возбуждения снимается выходная характерис-тика ТГПТ?
Каков диапазон изменения частоты вращения якоря ТГПТ при снятии выходной характеристики?
Какая характеристика ТГПТ является выходной?
Для каких двух случаев сопротивлений нагрузки снимаются выходные характеристики ТГПТ?
По какой формуле определяется асимметрия выходного напряжения?
Вопросы по проведению опыта снятия внешней характеристики ТГПТ
Какая характеристика ТГПТ является внешней?
При какой частоте вращения якоря снимается внешняя характеристика?
При каком напряжении возбуждения снимается внешняя характеристика?
Вопросы, связанные с исследованием переменной составляющей выход-ного сигнала ТГПТ
При каком сопротивлении нагрузки снимается выходное напряжение для расчета асимметрии?
При каком сопротивлении нагрузки исследуется форма переменной составляющей выходного сигнала?
При каком напряжении возбуждения снимается выходное напряжение для расчета асимметрии?
При каком напряжении возбуждения исследуется форма переменной составляющей выходного сигнала?
При какой частоте вращения исследуется форма переменной составляющей выходного сигнала?