14519

ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ

Книга

Информатика, кибернетика и программирование

С.В. Павленко ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ Методические указания для студентов специальности 140604 – Электропривод и автоматика промышленных установок очной очно-заочной и заочной форм обучения. Халапян С.Ю. СТИ МИСиС Содержание...

Русский

2013-06-06

1.7 MB

136 чел.

С.В. Павленко

ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ

Методические указания для студентов специальности 140604 – «Электропривод и автоматика промышленных установок», очной, очно-заочной и заочной форм обучения.

 Халапян С.Ю.

СТИ МИСиС

Содержание

[1] Тема 1. Классификация элементов систем

[2] автоматики

[3] Тема 2. Аналоговые информационные

[4] элементы

[5] Тема 3. Цифровые информационные элементы

[6] Тема 4. Индикаторные приборы

[7] Тема 5. Управляемые преобразователи

[8] напряжения. Генераторы постоянного тока

[9] Тема 6. Управляемые преобразователи

[10] напряжения

[11] Тема 7. Преобразователи частоты

[12] Тема 8. Датчики

[13] Тема 9. Схемы управления технологическим оборудованием с помощью различных

[14] элементов автоматики

[15] Вопросы для самопроверки

[16] Контрольные задания

[17]
Домашнее задание № 1

[18]
Домашнее задание № 2

[19] Домашнее задание № 3

[20]
Список литературы


Предисловие

Дисциплина «Элементы систем автоматики» является базовой при подготовке инженеров – электриков по специальности 140604 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов».

Современные высокие требования к производительности различных механизмов и качеству изготовляемых изделий могут быть обеспечены только на основе автоматизации промышленных электроприводов. Успех автоматизации зависит в значительной мере от технических средств её реализации, т.е. от индивидуальных свойств всех отдельных устройств или элементов, совокупность которых образует промышленную электромеханическую систему – автоматизированный электропривод. Элементная база, практически обеспечивающая автоматизацию и реализующая требуемые свойства систем электропривода, является объектом изучения в дисциплине «Элементы систем автоматики».

Многие отобранные к изучению элементы знакомы студентам по принципу действия, внутреннему устройству, проектированию и т.п. из других дисциплин, к которым следует отнести «Электрические машины», «Электрические и электронные аппараты», «Промышленную электронику». Однако для понимания современных электросистем автоматизированного электропривода, умения их анализировать и рассчитывать, оптимально построить и детально спроектировать,  необходимо также знать функциональные свойства элементов относительно их входных и выходных координат. Задачей дисциплины «Элементы систем автоматики» является приобретение умения математически описывать взаимосвязь входных и выходных величин элемента, составлять его функциональную и структурную схему, передаточную функцию, определять параметры расчетных схем, анализировать свойства элемента как звена динамической системы, а также выбрать элемент на основе его технических данных.

Общие методические указания

Материал предмета «Элементы систем автоматики» базируется на материале таких общетехнических дисциплин, как «Теоретические основы электротехники», «Электрические машины», «Электрические и электронные аппараты», «Теория автоматического управления», «Промышленная электроника», и ряда других дисциплин. Приобретенные знания необходимы для усвоения последующих дисциплин, и в первую очередь «Теории электропривода» и «Систем управления электроприводами». Дисциплина «Элементы систем автоматики» является как бы переходным соединительным мостом, связывающим указанные курсы с базовыми и профилирующими дисциплинами специальности 140604.

Весь курс разбит на отдельные взаимосвязанные темы. Изучение каждой темы необходимо начинать с общих вопросов, а затем углубляться в частные вопросы. В каждой теме после методических указаний приводятся вопросы для самопроверки. Для лучшего усвоения предмета, получения практических навыков в принятии самостоятельных инженерных решений предусмотрены контрольные и самостоятельные домашние работы. Контрольные и самостоятельные домашние работы состоят из задач и вопросов, указанных в каждой теме. Номер варианта задания указывает преподаватель.

Каждая контрольная и самостоятельная домашняя работа должна быть аккуратно и четко написана или отпечатана на компьютере, проиллюстрирована необходимыми схемами и рисунками.

К сдаче экзамена (зачета) по данной дисциплине студент допускается только после выполнения контрольных работ и защиты лабораторных и самостоятельных домашних работ.

Методические указания по темам,

вопросы для самопроверки

Основные задачи дисциплины и связь её с другими дисциплинами. Роль элементов систем автоматики в научно-техническом прогрессе. Достижения науки и техники в области автоматизированного электропривода типовых производственных механизмов и технологических комплексов, перспективы дальнейшего развития.

Приступая к изучению дисциплины «Элементы систем автоматики», студент должен хорошо знать предыдущие дисциплины, на основе которых базируется данная дисциплина. Студент должен представлять, что устройства автоматики являются базой для развития автоматизированного электропривода типовых производственных механизмов и технологических комплексов. Поэтому студент должен не только получить определенные знания, но и широко их использовать при проектных работах и при принятии самостоятельных инженерных решений.

Тема 1. Классификация элементов систем 

автоматики

Общие сведения об элементах  автоматических систем. Элемент систем автоматики как преобразователь энергии. Функции элементов автоматики и их основные характеристики. Классификация элементов автоматики.

Автоматические системы состоят из отдельных элементов, которые взаимодействуют между собой с помощью различных связей. Многообразие систем автоматики обуславливает множество элементов, различающихся по конструкции, выполняемым функциям, принципу действия и т.д. Задачей каждого элемента является качественное и количественное преобразование воздействия, полученного от предыдущего элемента системы, передача его последующему.

Студент должен уметь классифицировать элементы систем автоматики (ЭСА) по выполняемым функциям и знать их основные характеристики.

Тема 2. Аналоговые информационные 

элементы

Электронный усилитель. Его схема замещения и амплитудночастотная характеристика. Усилители постоянного тока. Операционные усилители, их условное обозначение и электрические схемы.

Усилитель – это устройство, в котором сравнительно маломощный входной сигнал управляет значительно большей мощностью, идущей от источника питания в нагрузку (к потребителю). Если сигнал управления и управляемая мощность являются электрическими, то такой усилитель называется усилителем электрических сигналов. Электронный усилитель – это усилитель электрических сигналов, в котором используются усилительные свойства электронных приборов.

Студент должен знать устройство и  основные параметры электронного усилителя, уметь применять операционные усилители для выполнения различных математических операций над аналоговыми величинами: сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование и т.д.

Тема 3. Цифровые информационные элементы

Цифровые сигналы. Двоичная система счисления. Двоичные логические элементы. Комбинационные логические устройства: шифраторы и дешифраторы, сумматоры, мультиплексоры и демультиплексоры, компараторы. Триггеры. Последовательные логические устройства: регистр, счетчик импульсов. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП), аналого-цифровые преобразователи (АЦП).

Цифровые информационные элементы – это цифровые ИМС различной степени интеграции. В основе их работы лежит преобразование цифровых электрических сигналов.

Схемы, в которых применяются сигналы только с высоким и низким уровнями напряжения, называются цифровыми. Цифровые схемы являются основой цифровых информационных элементов.

Студент должен знать различные двоичные логичные элементы: «ИЛИ», «И», «НЕ», «ИЛИ – НЕ», «И – НЕ»; наиболее распространённые комбинационные ИМС и выполняемые ими функции: шифраторы и дешифраторы, сумматоры, мультиплексоры демультиплексоры; базовые элементы памяти: триггеры и регистры.

Тема 4. Индикаторные приборы

Встроенные индикаторы: светоизлучающие диоды, газоразрядные индикаторы, индикаторы на жидких кристаллах. Способы отображения знаковой информации.

Большую часть информации человек получает по зрительному каналу. Поэтому средства отображения зрительной информации являются важной информационной принадлежностью большинства устройств управления, обработки и передачи информации.

Встроенные индикаторы широко применяются в устройствах микроэлектроники, имеют малые габариты и потребляют чрезвычайно малую мощность. Они являются принадлежностью многих цифровых и логических устройств.

Студент должен знать принципы работы  светоизлучающих диодов, газоразрядных индикаторов, индикаторов на жидких кристаллах. Студент должен уметь объяснить способы отображения знаковой информации: высвечивание готовых символов, матричный способ, сегментный способ.

Тема 5. Управляемые преобразователи 

напряжения. Генераторы постоянного тока

Принцип действия, структурная схема генератора постоянного тока. Достоинства и недостатки преобразовательного агрегата с генератором постоянного тока. Статические и динамические характеристики генератора. Схемы включения обмоток возбуждения генератора.  ЛАЧХ  и ЛФЧХ генератора, схемы с критическим самовозбуждением генератора.

В системах автоматизированного электропривода генераторы постоянного тока находят применение как управляемые преобразователи напряжения, питающие двигатели. В энергетическом отношении генератор – электромеханический преобразователь энергии. Механическая энергия, поступающая с вала приводного двигателя, асинхронного или синхронного, преобразуется в электрическую энергию постоянного тока.

Студент должен знать электрическую схему и блочно-функциональное представление генератора постоянного тока, статические и динамические характеристики генератора. Студент должен уметь представить структурную схему генератора, схемы включения обмоток возбуждения генератора, ЛАЧХ  и ЛФЧХ генератора, схемы с критическим самовозбуждением генератора.

Тема 6. Управляемые преобразователи 

напряжения

Вентильные преобразователи напряжения постоянного тока.

Тиристорный преобразователь. Система тиристорный преобразователь – двигатель (ТП-Д). Широтно-импульсный преобразователь (ШИП).

В настоящее время вентильные преобразователи напряжения находят весьма широкое применение в системах автоматизированного электропривода постоянного тока. Широкое использование вентильных преобразователей обусловлено успешным развитием полупроводниковой техники, а именно освоением промышленностью надежных, малогабаритных управляемых силовых вентилей – тиристоров и транзисторов. В большинстве современных преобразователей для привода в качестве силовых вентилей используются тиристоры. На их основе для электропривода постоянного тока построены два типа преобразователей: тиристорные преобразователи (ТП) напряжения переменного тока в постоянный (управляемые выпрямители) и широтно-импульсные преобразователи (ШИП) неизменного напряжения постоянного тока в регулируемое напряжение постоянного тока.

Студент должен знать суть работы тиристорного преобразователя, однофазные и трёхфазные нулевые и мостовые схемы включения вентильных групп, раздельное и совместное управление реверсивным тиристорным преобразователем, принцип работы СИФУ с косинусоидальным и пилообразным опорным напряжением. Студент должен уметь выполнить расчет параметров силовых элементов системы ТП-Д. Студент должен знать принцип работы ШИП.

Тема 7. Преобразователи частоты

Непосредственные преобразователи частоты (НПЧ). Преобразователи частоты с автономным инвертором напряжения (АИН) и автономным инвертором ток а (АИТ).

Частотно-регулируемый электропривод переменного тока (рис. 1) состоит из двух силовых элементов: двигателя (АД или СД) и преобразователя частоты, включенного между двигателем и сетью.

Рис. 1 Частотно-регулируемый электропривод переменного тока

Преобразователь частоты является силовым регулятором напряжения U2 (или тока I2) и частоты f2, статорной обмотке двигателя. Поскольку

                                              (1)

где p – число пар полюсов статорной обмотки.

Изменяя f2, регулируем частоту вращения двигателя n. Величина напряжения U2 (или тока I2) при известном значении частоты f2 определяет величину максимального момента двигателя.

Преобразователи частоты (ПЧ), применяемые в регулируемых электроприводах с асинхронными и синхронными двигателями, делятся на три вида:

- непосредственные ПЧ;

- двухзвенные ПЧ с автономным инвертором напряжения (ПЧ с промежуточным контуром напряжения);

-двухзвенные ПЧ с автономным инвертором тока (ПЧ с промежуточным контуром тока).

Студент должен знать принципы работы преобразователей частоты и уметь правильно выбирать преобразователи частоты для различных схем электропривода.

Тема 8. Датчики

Датчики угла и рассогласования: сельсины и вращающиеся трансформаторы. Датчики скорости: тахогенераторы постоянного и переменного токов. Датчики электрических величин: датчики тока и напряжения.

Под термином «датчики угла» понимаются устройства, преобразующие угловую координату в электрическое напряжение. Это напряжение используется в системах автоматизированного электропривода как сигнал обратной связи по углу или как управляющий сигнал в задающих устройствах. Датчики угла находят применение в следящих системах для измерения угла поворота исполнительного вала.

Назначение датчиков скорости – преобразование угловой скорости двигателя или скорости движения рабочего органа механизма в электрический сигнал. В системах автоматизированного электропривода датчики скорости используются для реализации обратной связи по скорости. В качестве датчиков скорости  нашли широкое применение тахогенераторы- микромашины постоянного и переменного токов.

В системах автоматизированного электропривода контролируемыми и регулируемыми координатами являются не только механические величины - угол поворота, скорость, ускорение, но и электрические величины, такие как ток, напряжение, ЭДС, мощность. Для измерения этих координат используются соответствующие датчики. К числу типовых можно отнести датчик тока и напряжения. Эти датчики наиболее часто применяются, на их основе строятся датчики ЭДС и мощности. Назначение датчиков напряжения и ток – преобразование входной величины – напряжения или тока цепи преобразователя двигателя в выходной сигнал, пропорциональный входной величине. Датчики могут выполнять одновременно и функции согласующего элемента – потенциального разделителя, усилителя по напряжению, мощности. В зависимости от вида выходного сигнала датчики разделяются на аналоговые и дискретные (цифровые).

Студент должен знать принципы работы изученных датчиков.

Тема 9. Схемы управления технологическим оборудованием с помощью различных 

элементов автоматики

Схемы управления электрическим освещением и исполнительными механизмами. Схемы управления электродвигателями: асинхронными с короткозамкнутым ротором, асинхронным с фазным ротором, двигателем постоянного тока. Схема управления высоковольтным выключателем с электромагнитным приводом.

При описании работы схем управления различным технологическим оборудованием следует обратить внимание на правильность обозначения различных элементов систем автоматики. При ответе на поставленный вопрос следует грамотно с инженерной точки зрения описать работу схемы, возможных неисправности и способы защиты от ненормальных явлений (КЗ, перезагрузка и т.п.) в данной схеме управления.

Студент должен знать ГОСТы и другие нормативные документы по нарисованию и обозначению различных элементов электрических схем. Студент должен уметь читать электрические схемы и правильно объяснять работу технологического оборудования.

На рис. 2 – 7 приведены схемы управления технологическим оборудованием с помощью различных элементов систем автоматики.

Вопросы для самопроверки

  1.  Роль русских и советских учёных в развитии автоматики.
  2.  Рассмотрите элемент систем автоматики как преобразователь энергии.
  3.  Характер входных и выходных воздействий на элемент автоматики.
  4.  Опишите классификацию ЭСА.
  5.  Дайте определение и нарисуйте характеристику реле. Что такое коэффициент возврата?
  6.  Каковы выполняемые функции у различных элементов автоматики?
  7.  Приведите основные требования, предъявляемые к ЭСА.
  8.  Приведите основные характеристики элементов автоматики.
  9.  Чем отличается динамический коэффициент от статического?
  10.  Погрешности как важнейшие параметры элемента автоматики.
  11.  Что такое электронный усилитель?
  12.  Перечислите основные параметры электронного усилителя.
  13.  Варианты применения электронных усилителей.
  14.  Нарисуйте схему замещения электронного усилителя.
  15.  Нарисуйте амплитудно-частотные характеристики электронного усилителя.
  16.  Назначение операционного усилителя.
  17.  Условное обозначение операционного усилителя.
  18.  Схемы операционных усилителей при создании систем автоматического управления.
  19.  Схема с операционным усилителем, которая осуществляет сложение входных сигналов.
  20.  Схема с операционным усилителем, которая осуществляет операцию интегрирования суммы нескольких входных сигналов.
  21.  Что такое цифровой сигнал? Почему работы цифровых устройств можно представить как выполнение различных операции над двоичными числами?
  22.  Таблицы истинности для логических элементов «ИЛИ», «И», «НЕ», «ИЛИ – НЕ», «И – НЕ».
  23.  Двоичные логические элементы.
  24.  Комбинационные логические устройства.
  25.  Что такое триггер? Какие функции он выполняет в цифровых устройствах?
  26.  Перечислите основные отличия D-триггера от асинхронного RS-триггера.
  27.  Последовательные логические устройства.
  28.  Объясните принцип действия параллельного регистра. В чём заключается отличие параллельного регистра от последовательного?
  29.  Схема структурной организации памяти в полупроводниковых запоминающих устройствах.
  30.  Основные полупроводниковых запоминающих устройств.
  31.  Объясните принцип действия ЦАП.
  32.  Объясните принцип действия АЦП.
  33.  Какие виды встроенных индикаторов вы знаете?
  34.  Объясните принцип работы светоизлучающих диодов.
  35.  На чем основана работа газоразрядных индикаторов и индикаторов на жидких кристаллах?
  36.  Сравните основные параметры индикаторных приборов.
  37.  В каких индикаторах применяется способ индикации: высвечивание готовых символов?
  38.  На чем основаны матричный и сегментный способы индикации?
  39.  Приведите и объясните схему цифрового счетчика с индикацией на светоизлучающих диодах (сегментный индикатор).
  40.  Какими уравнениями определяются динамические характеристики генератора?
  41.  Объясните характеристику управления генератора, представить характеристики намагничивания, размагничивания и перемагничивания генератора.
  42.  Представьте ЛАЧХ и ЛФЧХ генератора.
  43.  Что такое коэффициент форсировки? Какие способы форсировки вы знаете?
  44.  Изобразите графики изменения напряжения возбуждения и ЭДС генератора при пуске с форсировкой.
  45.  Что является условием критического самовозбуждения генератора?
  46.  Объясните схему и принцип работы управляемого трехфазного мостового выпрямителя.
  47.  Что такое режим прерывистых токов?
  48.  Принцип работы СИФУ при косинусоидальном и пилообразном опорных напряжениях.
  49.  Раздельное и совместное управление вентильными группами реверсивного ТП.
  50.  Объясните принцип работы ШИП.
  51.  Что такое скважность?
  52.  Представьте диаграмму формирования синусоидальной ШИМ.
  53.  Какой основной недостаток преобразователя частоты с непосредственной связью (НПЧ)?
  54.  Принцип работы преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения (ПЧ с АИН).
  55.  Принцип работы преобразователя частоты с автономным инвертором тока (ПЧ с АИТ).
  56.  Главное отличие ПЧ с АИТ от ПЧ с АИН.
  57.  Особенности эксплуатации ПЧ с АИН.
  58.  Современные ПЧ с АИН и тенденции их развития.
  59.  Что такое сельсин? Принцип его работы.
  60.  Объясните принцип работы цифрового датчика угла с энкодером.
  61.  Когда в системах автоматизированного электропривода необходимо применять синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы?
  62.  Принцип действия цифрового датчика скорости.
  63.  Устройство тахогенераторов постоянного и переменного токов.
  64.  Приведите примеры современных датчиков тока и напряжения.
  65.  Как можно составить датчик производной тока якоря?
  66.  Приведите схемы включения ламп освещения (рис. 2).
  67.  Опишите работу схемы управления исполнительными механизмами (рис. 3).
  68.  Опишите работу асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором при нажатии кнопки SB1 (рис. 4).

Рис. 2 Принципиальные схемы включения одной лампы с выключателем и штепсельной розеткой (а), двух ламп со своими выключателями (б) или с люстровым выключателем (в), одной лампы с управлением из двух (г) и трех д) мест

а)

б)

Рис. 3 Схемы автоматического управления исполнительными механизмами: а) – цепями реле; б) – исполнительными механизмами

  1.  Опишите работу асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором при нажатии кнопки SB2 (рис. 4).
  2.  Опишите работу асинхронного электродвигателя с фазным ротором (рис. 5).
  3.  Опишите управление пуском асинхронного электродвигателя с фазным ротором (рис. 5).
  4.  Опишите управления пуском двигателя постоянного тока параллельного возбуждения (рис. 5).
  5.  Опишите принцип динамического торможения при управлении двигателем постоянного тока независимого возбуждения (рис. 6).
  6.  Опишите работу схемы управления высоковольтным выключателем с  электромагнитным приводом (рис. 7).
  7.  Опишите работу высоковольтного выключателя с электромагнитным приводом при аварийном отключении защитой (рис. 7).


Рис. 4 Схема управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором

с помощью различных элементов автоматики


Рис. 5 Схема управления пуском асинхронного электродвигателя с фазным ротором с помощью различных элементов автоматики

Рис. 6 Схема управления двигателем постоянного тока

с помощью различных элементов автоматики


Рис. 7 Схема управления высоковольтным выключателем с электромагнитным приводом с помощью

различных элементов автоматик


Контрольные задания

Для лучшего усвоения предмета, получения практических навыков в принятии самостоятельных инженерных решений предусмотрены самостоятельные и домашние работы.

Каждый студент должен выполнить три расчетных домашних задания. Номер варианта домашнего задания  указывает преподаватель.

Рекомендации по выполнению расчетных домашних и

контрольных работ

  1.  При выполнении расчетных домашних и контрольных работ все ответы должны быть изложены методически грамотным языком; с указанием применяемых формул, входящих в них величин и их размерностей, стандартных обозначениях.
  2.  Численные значения величин достаточно записывать лишь с необходимой степенью точности.
  3.  Расчетные домашние и контрольные работы могут быть представлены в рукописном, машинописном или компьютерном виде с оставлением полей: сверху – 20 мм, снизу – 25 мм, слева – 30 мм, справа – 15 мм. Номера страниц должны быть представлены внизу страницы. Графические материалы должны быть представлены на отдельных страницах.
  4.  В конце работы должен быть приведён список  использованной литературы с указанием авторов (автора), наименования работы, названия издательства и года издания.
  5.  В том случае, если расчетная домашняя или контрольная работа является незачётной и требуется её повторное представление на проверку, необходимо представить вместе с исправленной работой первоначально выполненную работу со всеми замечаниями преподавателя.


Домашнее задание № 1

Представить заданную табличную функцию Y переменных Х1, Х2, Х3 в конъюнктивной и дизъюнктивной нормальных формах и реализовать её на элементах: И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

 

Таблица 1 - Номера вариантов и исходные данные

Вариант 1

Х1

Х2

Х3

Y

Вариант 2

Х1

Х2

Х3

Y

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

Вариант 3

Х1

Х2

Х3

Y

Вариант 4

Х1

Х2

Х3

Y

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

Вариант 5

Х1

Х2

Х3

Y

Вариант 6

Х1

Х2

Х3

Y

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

0

Вариант 7

Х1

Х2

Х3

Y

Вариант 8

Х1

Х2

Х3

Y

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

Вариант 9

Х1

Х2

Х3

Y

Вариант 10

Х1

Х2

Х3

Y

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

Вариант 11

Х1

Х2

Х3

Y

Вариант 12

Х1

Х2

Х3

Y

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

1

0

1

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

Вариант 13

Х1

Х2

Х3

Y

Вариант 14

Х1

Х2

Х3

Y

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

0

Вариант 15

Х1

Х2

Х3

Y

Вариант 16

Х1

Х2

Х3

Y

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

Вариант 17

Х1

Х2

Х3

Y

Вариант 18

Х1

Х2

Х3

Y

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

Вариант 19

Х1

Х2

Х3

Y

Вариант 20

Х1

Х2

Х3

Y

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

ПРИМЕР РАСЧЕТА ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯ № 1

Таблица 2 – Табличная функция Y

Х1

Х2

Х3

Y

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

Расчёт:

Представим табличную функцию Y в дизъюнктивной нормальной форме (ДНФ) по формуле:

Минимизируем полученное представление Y с помощью карт Карно

1

1

1

1

1

1

 

Рис. 1 Минимизация функции Y с помощью карт Карно

Y=

Представим табличную функцию Y в конъюнктивной нормальной форме (КНФ) по формуле:

Y=

Минимизируем полученное представление Y с помощью карт Карно

1

1

1

1

1

1

 

Рис. 2 Минимизация функции Y с помощью карт Карно

Y=

Реализуем табличную функцию Y на элементах ИЛИ-НЕ.

Т.к.

Рис. 3 Реализация функции Y на элементах ИЛИ-НЕ

Реализуем табличную функцию Y на элементах И-НЕ.

Рис. 4 Реализация функции Y на элементах И-НЕ


Домашнее задание № 2

Представить схему выпрямителя, изобразить временные диаграммы выпрямленного напряжения  на нагрузке (уравнительном реакторе) при заданных углах управления. Определить среднее значение выпрямленного напряжения.

Таблица 3 - Номера вариантов и исходные данные

№ п/п

Схема выпрямителя

Угол управления, αº

1

Однофазный нулевой

120

Однофазный мостовой полууправляемый

45

2

Трехфазный мостовой полууправляемый

30

Трехфазный нулевой выпрямитель с уравнительным реактором

90

3

Трехфазный мостовой

60

Трехфазный нулевой выпрямитель с уравнительным реактором

120

4

Трехфазный мостовой реверсивный выпрямитель с уравнительным реактором

150

Трехфазный нулевой полууправляемый

120

5

Трехфазный нулевой полууправляемый выпрямитель

30

Трехфазный мостовой

120

6

Трехфазный мостовой

125

Трехфазный нулевой выпрямитель с уравнительным реактором

145

7

Трехфазный мостовой полууправляемый

120

Однофазный нулевой

60

8

Однофазный мостовой полууправляемый

150

Трехфазный нулевой выпрямитель с уравнительным реактором

30

9

Трехфазный мостовой полууправляемый

150

Трехфазный нулевой выпрямитель с уравнительным реактором

30

10

Трехфазный мостовой реверсивный выпрямитель с уравнительным реактором

90

Трехфазный нулевой выпрямитель с уравнительным реактором

60

11

Трехфазный мостовой

90

Трехфазный нулевой выпрямитель с уравнительным реактором

90

12

Однофазный нулевой

30

Однофазный мостовой полууправляемый

120

13

Трехфазный мостовой

30

Трехфазный нулевой выпрямитель с уравнительным реактором

150

14

Трехфазный мостовой полууправляемый

90

Трехфазный нулевой выпрямитель с уравнительным реактором

100

15

Однофазный нулевой

100

Трехфазный нулевой выпрямитель с уравнительным реактором

110

16

Трехфазный мостовой

130

Однофазный мостовой полууправляемый

80

17

Трехфазный мостовой полууправляемый

130

Трехфазный нулевой выпрямитель с уравнительным реактором

135

18

Трехфазный мостовой полууправляемый

160

Трехфазный нулевой выпрямитель с уравнительным реактором

95

19

Трехфазный мостовой полууправляемый

140

Трехфазный нулевой выпрямитель с уравнительным реактором

115

20

Однофазный нулевой

130

Трехфазный мостовой реверсивный выпрямитель с уравнительным реактором

115

ПОЯСНЕНИЯ К ДОМАШНЕМУ ЗАДАНИЮ № 2

Рис. 5 Временные диаграммы напряжений в трехфазном мостовом выпрямителе при угле управления α=30º

Рис. 6 Временные диаграммы напряжений и токов в трехфазном нулевом выпрямителе с уравнительным реактором при совместном согласованном управлении и угле управления α=30º

Домашнее задание № 3

Рассчитать коэффициент усиления и минимальное сопротивление в зоне прерывистых токов тиристорного преобразователя (ТП) в трехфазной … схеме, имеющего следующие данные: индуктивность нагрузки Ld = 0; максимальное значение линейно изменяющегося опорного напряжения Uпm =…В; угловой интервал рабочего участка опорного напряжения φл = …°; номинальное линейное вторичное напряжение трансформатора U2Л, НОМ. = …В; напряжение короткого замыкания трансформатора UK = …В; относительные потери мощности короткого замыкания трансформатора ∆РК/SНОМ = …%; напряжение сети UC/НОМ =…В; мощность трансформатора SНОМ = …кВА.

Изобразить внешнюю характеристику, график внутреннего сопротивления ТП, характеристику управления в ТП с учетом режима прерывистых токов.

Таблица 4 - Номера вариантов и исходные данные

№ п/п

схема

Uпm, В

φл, °

U2Л, НОМ., В

UK, В

∆РК/SНОМ, %

UC/НОМ, В

SНОМ, кВА

1

нул.

8

280

220

6

3

380

6

2

мост.

9

290

220

7

4

380

10

3

мост.

10

300

380

8

5

380

16

4

мост.

11

310

380

9

3

380

6

5

мост.

12

320

380

10

4

380

10

6

мост.

13

330

380

11

5

380

16

7

нул.

14

340

220

12

3

380

6

8

нул.

15

350

220

8

4

380

10

9

нул.

8

280

220

9

5

380

16

10

нул.

9

290

220

10

3

380

6

11

нул.

10

300

220

11

4

380

10

12

мост.

11

310

220

12

5

380

16

13

мост.

12

320

220

9

3

380

6

14

мост.

13

330

220

10

4

380

10

15

мост.

14

280

380

11

5

380

16

16

мост.

15

290

380

12

3

380

6

17

мост.

10

300

380

6

4

380

10

18

нул.

10

320

220

13

6

380

10

19

мост.

11

342

220

9

5

380

16

20

нул.

14

325

220

12

3

380

6

ПРИМЕР РАСЧЕТА ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯ № 3

Исходные данные:

Рассчитать коэффициент усиления и минимальное сопротивление в зоне прерывистых токов тиристорного преобразователя (ТП) в трёхфазной нулевой схеме, имеющего следующие данные: индуктивность нагрузки Ld = 0; максимальное значение линейно изменяющего опорного напряжения Uпm = 10 В; угловой интервал рабочего участка опорного напряжения φл = 300°; номинальное линейное вторичное напряжение трансформатора U2Л.НОМ = 208 В; напряжение короткого замыкания трансформатора UК = 10%; относительные потери мощности короткого замыкания трансформатора ΔРК/SНОМ = 3%; напряжение сети UС.НОМ = 380 В; мощность трансформатора SНОМ = 6кВ·А.

Расчет:

При линейном опорном напряжении характеристика ТП приобретает синусоидальный характер:

Для трехфазной нулевой схемы:

Тогда

и для малых значений Uy, когда

,

коэффициент усиления ТП

 

Это значение kп соответствует касательной к синусоидальной характеристике управления ТП и дает возрастающую погрешность с увеличением Uy. Максимальная погрешность имеет место при Uy=Uymax=и составляет

т.е. 57%. Более точна аппроксимация синусоидальной характеристики в интервале углов 0-90º усредненным значением kп, определенным для угла

т.е. для Uy=4В.

Для данной линеаризации

и в диапазоне изменения Uy =04÷6 В погрешность по выходному напряжению не превосходит 20%.

Для определения минимального внутреннего сопротивления в зоне прерывистых токов можно воспользоваться выражением для границы прерывистых токов. Тогда с учётом λ=2π /m и Ld=0 R΄dпmin. Сравнение R΄dпmin с сопротивлением от перекрытия вентилей Rп показывает, что R΄dпmin  в 2 раза больше Rп. Так как

R=,

а

то

где

Следовательно, искомое сопротивление

Рис. 7 Внешние характеристики (а), график внутреннего сопротивления (б) и характеристики управления в тиристорном преобразователе с учетом режима прерывистых токов (в)

Режим прерывистых токов вносит искажения в характеристики управления, которые оказываются для этого режима функциями не только напряжения управления, но и тока нагрузки. На рис. 14 представлены внешние характеристики, график внутреннего сопротивления и характеристики управления в тиристорном преобразователе с учетом режима прерывистых токов.


Список литературы

Основная

  1.  Берикашвили В.Ш. Черепанов А.К.Электронная техника. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 368 с.
  2.  Браммер Ю.А., Пащук И.Н. Импульсная техника: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 208 с.

Дополнительная

  1.  Келим Ю.М. Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики. – М.: Высш. шк., 1991. – 304 с.: ил.
  2.  Киселев В.И., Копылов А.И., Кузнецов Э.В. и др. Электротехника и электроника. Учебник для вузов. – В 3-х кн. Кн. 2. Электромагнитные устройства и электрические машины / Под ред. проф. В.Г.Герасимова. М.: Энергоатомиздат, 1997. – 272 с.: ил.
  3.  Гаев Г.П., В.Г. Герасимов, О.М. Князьков и др. Электротехника и электроника. Учебник для вузов. – В 3-х кн. Кн. 3. Электрические измерения и основы электроники / Под ред. проф. В.Г. Герасимова. М.: Энергоатомиздат, 1998. – 432 с.: ил.   
  4.  Коновалов Л.И., Петелин Д.П. Элементы и системы электроавтоматики: Учеб. пособие для студентов вузов. – М.: Высш. школа, 1980. – 192 с., ил.
  5.  Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 224 с.: ил.



Учебное издание

Павленко Сергей Викторович

ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ

Методические указания

Редактор: Иванова Н.И.

Компьютерный набор: Павленко С.В.

Корректор: Иванова Н.И.

     Подписано в печать___________ Бумага для множительной техники

     Формат _______ Усл. печ. л.________Тираж _____ экз.  Заказ_______

Отпечатано с авторского оригинала

в отделе оперативной печати СТИ МИСиС

г. Старый Оскол, м-н Макаренко 40


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

17935. Ануїтети. Визначення вартості грошей у часі та її використання у фінансових розрахунках 60 KB
  7. Ануїтети. Визначення вартості грошей у часі та її використання у фінансових розрахунках 7.1. Розрахунок теперішньої вартості ануїтетів 7.2. Розрахунок теперішньої вартості грошового потоку методом дисконтування Література 7. Ануїтети. Визначення вартості грошей у
17936. Термінологія та базові показники фінансового менеджменту. Ефект фінансового важелю 90.5 KB
  8. Термінологія та базові показники фінансового менеджменту. Ефект фінансового важелю 8.1. Базові показникі фінансового менеджменту 8.2. Ефект фінансового важелю 8.3. Розгляд другої концепції ефекту фінансового важеля 8.4.. Взаємодія фінансового і операційного важелю
17937. Тактика фінансового менеджменту. Управління активами 162.5 KB
  10. Тактика фінансового менеджменту. Управління активами 10.1. Завдання управління необоротними активами підприємства 10.2. Особливості управління необоротними активами 10.3. Завдання управління оборотними активами підприємства 10.4. Визначення поточних фінансових потр
17938. СУЧАСНА УКРАЇНСЬКА ЛІТЕРАТУРНА МОВА. СТИЛІ МОВИ 728.5 KB
  1. СУЧАСНА УКРАЇНСЬКА ЛІТЕРАТУРНА МОВА. СТИЛІ МОВИ 1.1. Виникнення української мови 1.2. Сучасна ділова українська мова 1.3. Зміни в українському правописі 1.4. Стилі сучасної української мови 1.5. Загальні і граматичні особливості офіційноділового стилю мови 1.6. Запит
17939. ЛЕКСИЧНІ ЗАСОБИ ДІЛОВОГО МОВЛЕННЯ 119 KB
  2. ЛЕКСИЧНІ ЗАСОБИ ДІЛОВОГО МОВЛЕННЯ 2.1. Лексичне значення слова 2.2. Однозначні і багатозначні слова 2.3. Пряме і переносне значення слова 2.4. Омонімія синонімія антонімія паронімія 2.5. Стилістична диференціація слова 2.6. Фразео
17940. СЛОВОТВОРЧІ ЗАСОБИ ДІЛОВОГО МОВЛЕННЯ 54 KB
  3. СЛОВОТВОРЧІ ЗАСОБИ ДІЛОВОГО МОВЛЕННЯ 3.1. Морфемна структура слова 3.2. Способи словотвору 3.3. Запитання і завдання для самоперевірки 3.1. Морфемна структура слова Кожна одиниця мови має свою структуру. Структура слова є системою взаємопов'язаних і співвідносн
17941. МОРФОЛОГІЧНІ ЗАСОБИ ДІЛОВОГО МОВЛЕННЯ 440 KB
  4. МОРФОЛОГІЧНІ ЗАСОБИ ДІЛОВОГО МОВЛЕННЯ 4.1. Частини мови принципи їх виділення 4.2. Іменник 4.3. Прикметник 4.4. Числівник 4.5. Займенник 4.6. Дієслово 4.7. Прислівник 4.8. Службові частини мови 4.9. Вигук 4.10. Запитання і завдання для самоперевірки 4.1. Частини мови прин...
17942. СИНТАКСИЧНІ ЗАСОБИ ДІЛОВОГО МОВЛЕННЯ 187 KB
  5. СИНТАКСИЧНІ ЗАСОБИ ДІЛОВОГО МОВЛЕННЯ 5.1. Словосполучення сполучення слів 5.2. Поняття про речення5.3. Просте речення5.4. Складне речення5.5. Складносурядне речення5.6. Складнопідрядне речення5.7. Безсполучникове речення5.8. Складні синтаксичні конструкції5.9. Синтаксичні особ
17943. ОСОБЛИВОСТІ ПИСЕМНОГО І УСНОГО ДІЛОВОГО МОВЛЕННЯ 42 KB
  6. ОСОБЛИВОСТІ ПИСЕМНОГО І УСНОГО ДІЛОВОГО МОВЛЕННЯ 6.1. Соціальна функція писемного і усного ділового мовлення6.2. Монологічне і діалогічне ділове мовлення6.3. Особливості писемного ділового мовлення6.4. Особливості усного ділового мовлення6.5. Запитання і завдання для само