close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Билет № 14

код для вставкиСкачать
БИЛЕТ № 14
1. Реле времени с электромагнитным замедлением.
1.1. Способы замедления отпускания якоря электромагнита
1.2. Конструкция реле времени с электромагнитным замедлением
1.3. Принцип действия реле времени с электромагнитным замедлением
Влияние напряжения питания и температуры на стабильность выдержки времени
Реле времени предназначены для задания выдержки времени до момента замыкания (размыкания) контактов.
Существуют различные технические реализации реле времени: электронные (аналоговые, цифровые), механические (пневматические, гидравлические), электромагнитные.
Электромагнитное реле времени (реле времени с электромагнитным замедлением) основано на использовании вихревых токов для замедления срабатывания электромагнитной системы.
Рис. 6.10 Электромагнитное реле времени
На магнитопровод 1 надета металлическая (медная) гильза 3, равнозначная короткозамкнутой обмотке с одним витком. Когда изменяется основной поток Ф0, созданный током катушки 2, в гильзе 3 наводятся вихревые токи, поток ФВХ от которых имеет направление, препятствующее изменению основного потока.
После затухания тока i2 в цепи устанавливается остаточный магнитный поток, определяемый кривой размагничивания материала магнитопровода и воздушным зазором. Возможны случаи, когда остаточный магнитный поток создает силу притяжения большую, чем сила, развиваемая пружиной. Происходит так называемое залипание якоря, когда якорь остается в притянутом положении после отключения питающей обмотки. Для устранения залипания на торце сердечника или якоря устанавливается тонкая немагнитная прокладка. Наличие этой прокладки обеспечивает фиксированный достаточно малый конечный зазор dк ≠ 0, что приводит к снижению остаточного магнитного потока и устранению залипания.
Выдержка времени при отпускании при прочих равных условиях определяется начальным потоком Фу уравнения. Этот поток определяется кривой намагничивания магнитной системы в замкнутом состоянии. Поскольку напряжение и ток в обмотке пропорциональны, зависимость Ф(U) повторяет в другом масштабе зависимость Ф(Iw).
Если система при номинальном напряжении не насыщена, то поток Фу сильно зависит от питающего напряжения. При этом выдержка времени также зависит от напряжения обмотки. Для независимости выдержки времени от питающего напряжения магнитная цепь электромагнитов делается сильно насыщенной. На рис. 6.11,а представлена кривая намагничивания магнитной системы Ф = f(U). В зоне насыщения колебания питающего напряжения на ±DU ведут к незначительному изменению установившегося потока Фу и колебанию времени отпускания в пределах от t1 до t2.
Вся рабочая зона лежит в области напряжений выше 0,5 Uном. При работе и ненасыщенной зоне U <0,5Uном даже небольшие колебания питающего напряжения приводят к значительному изменению потока Фу и выдержки времени на отпускание.
Рис. 6.11. Характеристика намагничивания магнитной системы и зависимость времени отпускания от напряжения питания
В разнообразных схемах автоматики, в которых используются электромагниты, напряжение на их питающие обмотки может подаваться кратковременно. В этом случае дли стабильности выдержки времени при отпускании необходимо, чтобы длительность приложения питающего напряжения была достаточна для достижения потоком установившегося значения. Это время называется временем подготовки или зарядки. Если длительность приложения напряжения меньше этого времени, то выдержка времени уменьшается. Время зарядки зависит от габаритов реле и составляет около 1 с.
На выдержку времени электромагнита влияет температура короткозамкнутой обмотки. Согласно (5.90)
здесь t - время отпускания; q - температура нагретой короткозамкнутой обмотки.
Заводы-изготовители гарантируют работу таких электромагнитов в диапазоне температур от - 40 до +60°C. Если температура короткозамкнутой обмотки равна окружающей, то при указанном изменении температуры сопротивление, а следовательно, и выдержка времени изменятся почти в 1,5 раза. В среднем можно считать, что изменение температуры на каждые 10°С ведет к изменению времени выдержки на 4 %. Зависимость выдержки времени от температуры является одним из основных недостатков электромагнитов с короткозамкнутой обмоткой.
Регулирование выдержки времени на отпускание реле осуществляется следующими методами:
изменением активного сопротивления короткозамкнутого витка, уменьшение его увеличивает время отпускания за счет увеличения постоянной времени и снижения скорости спадания потока;
изменением толщины немагнитной прокладки в воздушном зазоре (влияет на результирующую магнитную проводимость), уменьшение толщины увеличивает время отпускания, за счет снижения скорости спадания потока;
изменением натяжение противодействующей пружины.
2. Электропривод переменного тока с вентильным двигателем. Назначение и принципиальное устройство датчика положения ротора (ДПР). Принципиальная схема электропривода и алгоритм работы ДПР. Назначение и функции транзисторных ключей. Механические характеристики электропривода. Достоинства, области применении.
Вентильный двигатель представляет собой единую систему, состоящую из синхронного двигателя СД и преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока или с непосредственной связью (НПЧ), вентили которого коммутируются в функции положения ротора или магнитного потока двигателя. Обмотка возбуждения двигателя располагается на роторе и питается от постороннего источника постоянного тока. Есть двигатели с возбуждением постоянными магнитами. В настоящее время в электроприводах небольшой мощности чаще всего используется именно такое возбуждение.
Вентильный коммутатор, т.е. инвертор, управляемый в функции положения ротора, выполняет роль коллектора обычной машины постоянного тока. Он присоединяется к обмотке статора СД и осуществляет распределение постоянного тока с преобразованием его в переменный. Механические характеристики ВД аналогичны характеристикам двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.
Преимущества ВД по сравнению с машиной постоянного тока - отсутствие коллектора, что повышает надежность, позволяет питать двигатель повышенным напряжением, следовательно, осуществлять бестрансформаторное подключение силовой части электропривода к сети. Момент, возникающий в вентильном двигателе (как синхронной машине) подчиняется зависимости
С целью ограничения изменений момента электронная система регулирования обеспечивает ограничение изменения угла  в окрестностях 900 в диапазоне ±300 (в ту и другую сторону), как показано на угловой (моментной) характеристике СД. Именно такое регулирование и осуществляется тиристорным коммутатором, т.е. инвертором, в функции положения ротора. Физическое положение ротора определяется с помощью датчика положения ротора ДПР, находящегося на валу двигателя. Переключение фаз двигателя производится, как уже сказано выше, тиристорным коммутатором в функции сигналов ДПР.
Датчик положения ротора состоит из трех пар светофотодиодов, жестко привязанных к статору, в зазоре, между которыми вращается диск, закрепленный на валу ротора. На диске по его периметру имеются прорези. Число их определяется числом пар полюсов ВД. Угловая длина прорези на диске определяется как , а угловое расстояние между парами светофотодиодов как .
Так, если РП=1, диск имеет одну прорезь с угловым размером 1800, а пары светофотодиодов разнесены в пространстве на 1200. При РП=4 на диске 4 прорези с угловым размером , а пары светофотодиодов отделены друг от друга в пространстве на угол .
Выходные сигналы ДПР преобразуются схемой распределения в 120 градусные импульсы управления тиристорами, обеспечивая, таким образом, проводящее состояние каждому тиристору в течение 1200 за один период сигнала ДПР. Иначе говоря, при вращении ротора 3 пары светофотодиодов вырабатывают 3 последовательных импульса, сдвинутых во времени по отношению друг к другу на 1200. По передним фронтам этих импульсов осуществляется включение нечетных тиристоров коммутатора (первого, третьего, пятого), изображенного на схеме (применительно к электроприводу ЭПБ-1), а по задним фронтам - четных (второго, четвертого, шестого). Длительность включенного состояния тиристоров соответствует интервалу проводимости 1200. Коммутация тока происходит 6 раз за один период сигнала ДПР.
Алгоритм работы ДПР при одной паре полюсов можно проследить по схеме, указав в таблице последовательность включений тиристоров. Во включенном состоянии одновременно находятся два тиристора из шести.
Изображенные на схеме транзисторные высокоамперные ключи КЛ1 и КЛ2 выполняют две независимые функции:
a) Обеспечивают режим коммутации тока с тиристора на тиристор ввиду невозможности самостоятельного выключения тиристоров, т.к. поскольку тиристоры ТК в силовой схеме подключаются к источнику постоянного напряжения, то для их отключения и восстановления ими запирающих свойств необходимо кратковременно разрывать силовую цепь ТК.
b) Обеспечивают поддержание заданной величины тока через обмотки двигателя, т.е. участвуют в регулировании тока.
Функция коммутации тока с тиристора на тиристор выполняется путем полного отключения ТК от источника питания. Транзисторы КЛ1 и КЛ2 в этом случае закрываются, протекание тока I через тиристоры ТК прекращается, и они восстанавливают свои запирающие свойства, а реактивный ток iL двух фаз обмоток двигателя через два диода трехфазного выпрямительного моста возврата реактивной энергии замыкается на источник питания, перезаряжая его. Время обесточенного состояния ТК составляет  300 мкс.
Чтобы снизить пульсации момента ВД формируется соответствующий график изменения тока статора двигателя, пульсации которого обратны пульсациям момента, как изображено на следующих временных диаграммах.
При регулировании тока используется три режима включения тиристоров (три режима работы ключей КЛ1 и КЛ2).
1. Режим Р2, когда оба ключа включены.
2. Режим Р1, когда в проводящем состоянии находится только один из ключей.
3. Режим Р0, когда оба ключа выключены.
В режиме Р2 напряжение источника питания прикладывается к обмоткам статора .
Знак ''+'' соответствует двигательному режиму, знак ''-'' - тормозному. При любой скорости Uпит  Eдв.
В режиме Р1, когда, например, замкнут КЛ1, а КЛ2 разомкнут, ток протекает через КЛ1, тиристор V3 фазы статора В, А, диод моста возврата реактивной энергии и снова КЛ1. При таком варианте две обмотки статора ВД являются замкнутыми на себя и такой режим является режимом динамического торможения, для которого уравнение равновесия ЭДС имеет вид: .
В режиме Р0 ток фаз статора протекает через мост возврата реактивной энергии, направленный навстречу источнику питания. Такой режим является режимом противовключения. Уравнение равновесия ЭДС:
.
Во всех уравнениях rф - активное сопротивление двух фаз статора.
Регулирование тока осуществляется двумя комбинациями режимов включения ключом КЛ1 и КЛ2. В двигательном и тормозном режимах малых скоростей регулирование тока осуществляется согласно изображенному графику. В двигательном и тормозном режимах больших скоростей регулирование тока относительно заданного значения осуществляется комбинацией режимов Р1, Р2, Р0, как показано на следующем графике.
3. Математические модели регуляторов СУЭП (типовые регуляторы класса "вход/выход"; принципиальные электрические схемы на основе операционных усилителей; передаточные функции регуляторов; переходные характеристики регуляторов).
Математические модели регуляторов СУ ЭП
Устройство управления (УУ) состоит из регуляторов, следовательно, для проектирования и исследования СУ ЭП необходимо иметь формальные модели этих регуляторов. В качестве регуляторов систем автоматизации и управления применяются электронные регуляторы на основе аналоговой и цифровой элементной базы, механические, пневматические, гидравлические, электропневматические регуляторы с той или иной характеристикой и т.п. Независимо от технологического назначения регуляторов (регуляторов скорости, положения рабочего органа, давления, натяжения, температуры и т. д.) все они подразделяются на 2 больших класса: - параметрические регуляторы класса "вход/выход" (П- , ПИ-, ПИД- и т. п. регуляторы );
- регуляторы состояния САУ (апериодические, модальные и т.п.). В отличие от регуляторов 1-го класса они контролируют все состояние системы либо ее некоторой части, т. е. имеют обратные связи по полному либо усеченному вектору состояния системы.
Первый класс регуляторов на функциональных схемах СУ ЭП обозначается в виде переходной функции, которую имеет данный регулятор, например в виде, приведенном на рис. 4.17а. Регуляторы состояния (рис. 4.17б), в отличие от регуляторов класса "вход/выход" имеют как минимум обратную связь по вектору состояния. В общем случае они еще имеют входные задающие и возмущающие воздействия. Рассмотрим наиболее часто применяемые в различных САУ параметрические оптимизируемые регуляторы класса "вход/выход".
Их можно представить в виде усилительного звена - операционного усилителя (рис 4.18).
Обозначения на схеме:
A1 - операционный усилитель;
Zвх, Z0 - комплексные сопротивления во входной цепи и в цепи обратной связи операционного усилителя.
На рис. 4.19. приведена принципиальная электрическая схема простейшего регулятора класса "Вход/Выход" с пропорциональнй структурой. Обозначения на схеме:
A1 - операционный усилитель;
Rз, R0, Rос - активные сопротивления соответственно в цепи задания, собственной обратной связи операционного усилителя и обратной связи регулятора;
Хз - сигнал задания;
Хос - сигнал обратной связи с датчика регулируемой координаты;
Yвых - выходной сигнал регулятора.
При математическом описании регуляторов применим следующую последовательность: принципиальная схема регулятора передаточная функция временная характеристика (реакция на единичное ступенчатое воздействие), т.е. переходная характеристика переходный процесс изображение блок-схемы регулятора (функциональная схема).
1. Пропорциональный регулятор (П-регулятор).
Принципиальная схема регулятора приведена на рис. 4.19. Будем полагать, что на входе регулятора - сигнал ошибки регулирования Хвх , причем Хвх = Хз - Хос. При этом вместо двух резисторов RЗ и Rос используется один - Rвх .
Передаточная функция регулятора
(4.49)
Временная характеристика регулятора: Увых(t)=КрегХвх(t).
Переходный процесс в регуляторе будет иметь вид, изображенный на рис. 4.20.
Функциональная схема пропорционального регулятора приведена на рис. 4.21.
2. Интегральный регулятор (И-регулятор).
Принципиальная схема регулятора приведена на рис. 4.22.
Рис. 4.22. Принципиальная электрическая схема интегрального регулятора
Передаточная функция регулятора
(4.50)
где TИ - постоянная времени интегратора, TИ = RВХС0 .
Временная характеристика регулятора: Увых(t)= Увых(0)+1/( RВХС0)Хвх(t)t.
Переходный процесс в регуляторе при нулевых начальных условиях (Увых(0)=0) будет иметь вид, изображенный на рис. 4.23.
Функциональная схема интегрального регулятора приведена на рис. 4.24.
3. Дифференциальный регулятор (Д-регулятор).
Принципиальная схема регулятора приведена на рис. 4.25.
Передаточная функция регулятора
(4.51)
где TД - постоянная времени интегратора, TД = R0СВХ.
Временная характеристика регулятора: Увых(t)=TД(t),
где (t) - дельта-функция Дирака.
Переходный процесс в регуляторе будет иметь вид, изображенный на рис. 4.26.
Следует отметить, что ограниченная полоса пропускания частот самих операционных усилителей не позволяет реализовать чистое (идеальное) дифференцирование. Функциональная схема дифференциального регулятора приведена на рис. 4.27.
4. Пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор).
Принципиальная схема регулятора приведена на рис. 4.28.
Передаточная функция регулятора
(4.52)
где KРЕГ - коэффициент передачи регулятора, KРЕГ = R0/RВХ;
TИ - постоянная времени интегратора, TИ = RВХС0 .
Временная характеристика регулятора: Увых(t)= Увых(0) + ( KРЕГ + t/( RВХС0))Хвх(t).
Переходный процесс в регуляторе при нулевых начальных условиях будет иметь вид, изображенный на рис. 4.29.
Передаточную функцию пропорционально-интегрального регулятора часто представляют не в виде суммы двух слагаемых, а в виде так называемого изодромного звена
,(4.53)
где TИЗ - постоянная времени изодромного звена, TИЗ = R0C0 ,
TИ - постоянная времени интегрирования регулятора, TИ = RВХC0 .
ПИ-регулятор, включенный в структуру САУ, обеспечивает компенсацию одной большой постоянной времени объекта управления
1. Пропорционально-дифференциальный регулятор (ПД-регулятор) Принципиальная схема регулятора приведена на рис. 4.31.
Передаточная функция регулятора
(4.54)
где KРЕГ - коэффициент передачи регулятора, KРЕГ = R0/RВХ;
TД - постоянная времени интегратора, TД = R0СВХ.
Временная характеристика регулятора: Увых(t)= KРЕГ Xвх(t) + TД(t),
где (t) - дельта-функция Дирака.
Переходный процесс в ПД- регуляторе будет иметь вид, изображенный на рис. 4.32, функциональная схема регулятора приведена на рис. 4.33.
Рис. 4.32. Переходный процесс в ПД- регуляторе
6. Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор (ПИД- регулятор) Принципиальная схема регулятора приведена на рис. 4.34.
Передаточная функция регулятора
(4.55)
где KРЕГ - коэффициент передачи регулятора, KРЕГ = R0/RВХ + CВХ/С0;
TИ - постоянная времени интегрирования, TИ = RВХС0;
TД - постоянная времени дифференцирования, TД = R0СВХ.
Временная характеристика регулятора: Увых(t)= Увых(0) + KРЕГ Xвх(t) + (1/TИP) Xвх(t) + TД(t),
где (t) - дельта-функция Дирака.
Переходный процесс в регуляторе будет иметь вид, изображенный на рис. 4.35, функциональная схема приведена на рис. 4.36.
По аналогии с ПИ-регулятором ММ ПИД-регулятора часто представляют в виде изодромного звена второго порядка
,(4.56)
где ТИЗ,1 , ТИЗ,2 - постоянные времени изодромного звена; ТИЗ,1 = R0С0 , ТИЗ,2 = =RвхСвх .
ПИД-регулятор обеспечивает компенсацию двух больших постоянных времени объекта управления, обеспечивая интенсивность динамических процессов в САУ.
1
Документ
Категория
Разное
Просмотров
33
Размер файла
232 Кб
Теги
билет
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа