Определение параметров электромеханических и магнитных устройств автоматики и телемеханики

Размещено на http://www.Allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

1. Определение основных параметров потенциометрического и термоэлектрического датчиков

1.1 Расчет параметров потенциометрического датчика

1.2 Расчет параметров термоэлектрического датчика

2. Определение основных параметров индукционного датчика

2.1 Расчет индуктивности индукционного датчика

2.2 Определение параметров обмотки индуктивного датчика

3. Определение основных параметров пьезоэлектрического и емкостного датчиков

3.1 Расчет параметров пьезоэлектрического датчика

3.1 Расчет основных параметров емкостного датчика угловых перемещений

4. Определение основных параметров электромагнитного реле постоянного тока

4.1 Расчет параметров электромагнитного реле

4.2 Расчет параметров обмотки электромагнитного реле

5. Определение основных параметров электромагнитного устройства автоматики и магнитного усилителя

5.1 Расчет основных параметров клапанного электромагнита

5.2 Расчет основных параметров магнитного усилителя с внешней обратной связью

6. Определение основных параметров магнитного усилителя с внешней и внутренней обратными

связями

6.1 Расчет параметров обмотки смещения магнитного усилителя с внешней обратной связью

7. Определение основных параметров многокаскадного и реверсивного магнитных усилителей

7.1 Сравнение постоянных времени однокаскадного и многокаскадного магнитных усилителей (ОМУ ММУ)

7.2 Расчет основных параметров реверсивного магнитного усилителя с балластными сопротивлениями и выходом

на постоянном токе

8. Определение основных параметров феррорезонансного стабилизатора напряжения

8.1 Расчет параметров феррорезонансного стабилизатора напряжения

9. Определение основных параметров следящего привода

9.1 Расчет параметров исполнительного устройства и коэффициента усиления системы для следящего привода

10. Определение основных параметров цифро-аналогового преобразователя (ЦАП)

1. Определение основных параметров потенциометрического и термоэлектрического датчиков

1.1 Расчет параметров потенциометрического датчика

Потенциометрический датчик представляет собой реостат, включенный по схеме потенциометра. Потенциометрический датчик преобразует механические перемещения в изменения сопротивления реостата. Расчет потенциометра сводится к расчету сопротивлений: определяются размеры каркаса для намотки, диаметр провода обмотки, количество витков, шаг намотки.

Рис. 1.1 Обозначение потенциометрического датчика на принципиальной схеме

Согласно данным приведенным в Таблице 1.1, производим расчеты.

Таблица 1.1

Исходные данные для расчета потенциометрического датчика

(Ом)	(%)	(В)	(мм)		(мм)	(%)	(Ом*м)
4400	2,2	26	40	330	1,9	0,21	0,43

Рабочая длина каркаса:

Минимальное число витков:

Шаг намотки:

Диаметр провода с изоляцией:

Коэффициент нагрузки:

Сопротивление потенциометра:

Высота каркаса:

Таблица 1.2

Результат расчета потенциометрического датчика

(мм)	(витков)	(мм)	(мм)		(Ом)	H (мм)
115,13	477	0,241	0,226	-0,136	32352,941	1,262

1.2 Расчет параметров термоэлектрического датчика

Термоэлектрический датчик - датчик генераторного типа. Термоэлектрический датчик представляет собой цепь, состоящую из двух разнородных металлов. Проводники называются термоэлектродами, стыки - спаями, а возникающая при нагреве спая ЭДС-термоЭДС. Спай, температура которого поддерживается постоянной, называется холодным, а спай, соприкасающийся с измеряемой средой, - горячим. По величине термоЭДС можно судить о разности температур горячего и холодного спаев, и если известна температура холодного спая, то можно определить температуру горячего спая.

Рис. 1.2 Обозначение термоэлектрического датчика на принципиальной схеме

Согласно данным приведенным в Таблице 1.3, производим расчеты.

Таблица 1.3

Исходные данные для расчета термоэлектрического датчика

(Ом)	(Ом)	(град.)	(мВ)	(мВ)
180	15	35	24	6,95

Величина термо ЭДС:

.

Перепад температуры:

Температура горячего конца термопары:



При точном расчете термо ЭДС вводится поправка на температуру холодного конца термопары:

Расчетная термо ЭДС

Таблица 1.4

Результат расчета термоэлектрического датчика

(мВ)	(град.)	(град.)	(мВ)	(мВ)
26	374,1	409,1	2,43	28,43

2. Определение основных параметров индукционного датчика

2.1 Расчет индуктивности индукционного датчика

Индуктивные датчики преобразуют механическое перемещение в изменение параметров магнитной и электрической цепей. Принцип действия индуктивных датчиков основан на изменении индуктивности L или взаимоиндуктивности M обмотки с сердечником вследствие изменения магнитного сопротивления Rм магнитной цепи, в которую входит сердечник.

Рис. 2.1 Обозначение индукционного датчика на принципиальной схеме

Обозначение индукционного датчика, может различаться в зависимости от его конструктивных особенностей.

Согласно данным приведенным в Таблице 2.1, производим расчеты.

Таблица 2.1

Исходные данные для расчета индуктивности индуктивного датчика

(мм)	(мм)	(мм)		(вит.)
0,5	0,7	0,9	30	16500

Последовательность преобразований:

;

Индуктивность датчика вычисляется по формуле:

.

Таблица 2.2

Результат расчета индуктивности индуктивного датчика

(мГн)	(мГн)	(мГн)
10258,38	7327,4	5699,1

2.2 Определение параметров обмотки индуктивного датчика

Согласно данным приведенным в Таблице 2.3, производим расчеты.

Таблица 2.3

Исходные данные для расчета обмотки индуктивного датчика

	(мм)	(мА)		(В)	(Гц)
300	9	25	4,5	220	400

Угловая частота переменного тока:

Индуктивность датчика:

;

.

Число витков:

;

Диаметр провода:

Таблица 2.4

Результат расчета термоэлектрического датчика

(1/сек)	(Гн)	(вит.)	(мм)
2512	0,0035	13	2,66

3. Определение основных параметров пьезоэлектрического и емкостного датчиков

3.1 Расчет параметров пьезоэлектрического датчика

Пьезоэлектрические датчики относятся к датчикам генераторного типа, в которых входной величиной является сила, а выходной - количество электричества. Работа пьезоэлектрического датчика основана на пьезоэффекте, сущность которого заключается в том, что на гранях некоторых кристаллов при их сжатии или растяжении появляются электрические заряды.

Рис. 3.1 Обозначение пьезоэлектрического датчика на принципиальной схеме

Согласно данным приведенным в Таблице 3.1, производим расчеты.

Таблица 3.1

Исходные данные для расчета пьезоэлектрического датчика

		K/H		(мм)	(H)	(пФ)	(Шт)
Сегн. соль	205	150	1х1	3	15	16,8	2

Величина заряда:

;

Емкость одной пластины:

;

Напряжение между обкладками:

;

Чувствительность датчика:

Таблица 3.2

Результат расчета пьезоэлектрического датчика

(K/H)	(пФ)	(В)	(В/Н)
2250	429,66	5,13617E-12

3.1 Расчет основных параметров емкостного датчика угловых перемещений

Рис. 3.2 Емкостной датчик угловых перемещений

1 - подвижная пластина;

2 - вал;

3 - неподвижная пластина.

Рис. 3.3 Обозначение емкостного датчика на принципиальной схеме

Согласно данным приведенным в Таблице 3.3, производим расчеты.

Таблица 3.3

Исходные данные для расчета пьезоэлектрического датчика

	(пФ)	(мм)
15	550	0,7

Максимальная емкость датчика при равна:

;

Общее количество подвижных и неподвижных пластин:

Полученное количество округляем до целого числа -

Чувствительность датчика:

Таблица 3.4

Результат расчета емкостного датчика

n(шт.)
27	2,75

4. Определение основных параметров электромагнитного реле постоянного тока

4.1 Расчет параметров электромагнитного реле

Реле - это устройство, которое автоматически осуществляет скачкообразное переключение выходного сигнала под воздействием управляющего сигнала, изменяющегося непрерывно в определенных пределах. Электромагнитные реле по роду используемого тока делятся на реле постоянного и переменного тока. Реле постоянного тока делятся на нейтральные и поляризованные. Рассмотрим основные параметры, характеризующие работу, нейтрального электромагнитного реле постоянного тока.

Рис. 4.1 Обозначение электромагнитного реле постоянного тока на принципиальной схеме

Согласно данным приведенным в Таблице 4.1, производим расчеты.

Таблица 4.1

Исходные данные для расчета электромагнитного реле

(Н)	(мм)	(мм)
130	30	1,5

Площадь воздушного зазора:

Величина магнитного потока:

Магнитная индукция:

Магнитное напряжение, приходящееся на воздушный зазор:

Таблица 4.2

Результат расчета электромагнитного реле

			(А)
9450	1,75	1,8545*	221,476

4.2 Расчет параметров обмотки электромагнитного реле

Согласно данным приведенным в Таблице 4.3, производим расчеты.

Таблица 4.3

Исходные данные для расчета обмотки электромагнитного реле

(мм)	(мм)	(В)	(мм)	(мм)	(Ом*м)	(H)	(мм)
170	50	22	18	20	0,0875	725,612	0,9

Длина окна намотки:

Внутренний диаметр намотки:

Наружный диаметр:

Площадь окна:



Средняя длина витка:

Диаметр обмотки провода:

Таблица 4.4

Результат расчета обмотки электромагнитного реле

(мм)	(мм)	(мм)		(мм)	(мм)
132	51,8	151,8	6600	319,652	34,28

датчик усилитель реле преобразователь

5. Определение основных параметров электромагнитного устройства автоматики и магнитного усилителя

5.1 Расчет основных параметров клапанного электромагнита

Электромагниты различаются:

- по виду тока в обмотке - постоянного и переменного токов;

- по скорости срабатывания - быстродействующие, нормальные и замедленного действия;

- по назначению - приводные и удерживающие;

- по конструктивному исполнению - клапанные (поворотные), прямо-ходные и с поперечным движением якоря.

Клапанные электромагниты имеют небольшое перемещение якоря (несколько мм) и развивают большое тяговое усилие.

Рис. 5.1 Обозначение клапанного электромагнита на принципиальной Схеме

Согласно данным приведенным в Таблице 5.1, производим расчеты.

Таблица 5.1

Исходные данные для расчета клапана электромагнита

	(мм)	(Тл)
325	0,9	1,45	2	0,4

Конструктивный фактор:

.

Индукция в зазоре (Тл) (выбирается в зависимости )

Площадь сечения полюсного наконечника:

Сечение сердечника магнитопровода:

.

Сечение ярма магнитопровода:

Сечение якоря магнитопровода:

Полная МДС катушки:

Таблица 5.2

Результат расчета клапана электромагнита

(H/см)	(Тл)	()				(А)
20

5.2 Расчет основных параметров магнитного усилителя с внешней обратной связью

Магнитный усилитель (МУ) - это статическое электромагнитное устройство, состоящее из сердечника и наложенных на него обмоток. Принцип действия МУ основан на использовании зависимости индуктивности катушки с ферромагнитным сердечником от величины подмагничевающего тока, создаваемого управляющим входным сигналом.

Для повышения коэффициента усиления и быстродействия в МУ вводится обратная связь (ОС). ОС может быть внешней и внутренней.

Рис. 5.2 Схема простейшего магнитного усилителя

Согласно данным приведенным в Таблице 5.3, производим расчеты.

Таблица 5.3

Исходные данные для расчета сердечника МУ с внешней ОС

	(Ом)	(Ом)		(Гц)	max(B)			(Тл)
9	690	680	5	50	0,75	1	20	0,45

Мощность нагрузки:

Мощность управления:

.

Коэффициент усиления мощности:

Величина напряжения питания схемы:

Удельное количество витков рабочей обмотки:

.

Основной размер сердечника:

Таблица 5.4

Результат расчета сердечника МУ с внешней ОС

(Вт)	(Вт)
0,0556	0,055	1,015	12,42	83,3	0,668

6. Определение основных параметров магнитного усилителя с внешней и внутренней обратными связями

6.1 Расчет параметров обмотки смещения магнитного усилителя с внешней обратной связью

В МУ для осуществления внешней обратной связи предусматривается специальная обмотка обратной связи, которая располагается на сердечниках так же как и обмотка управления. В МУ с внутренней ОС постоянное магнитное поле создается за счет постоянной оставляющей тока нагрузки, протекающей по рабочим обмоткам усилителя, т.е., нет необходимости в специальных обмотках ОС. Другое название МУ с внутренней ОС - МУ с самоподмагничиванием или с самонасыщением.

Согласно данным приведенным в Таблице 6.1, производим расчеты.

Таблица 6.1

Исходные данные для расчета параметров обмотки смещения

		(м)	(A)	(K)	(мм)	(B)
0,06	40	0,7	0,003	0,0113	0.035	130	1/57

Длина обмотки:

Сила смещения:

Число витков обмотки смещения:

Сопротивление провода обмотки смещения:

Добавочное регулировочное сопротивление в цепи смещения:

Таблица 6.2

Результат расчета параметров обмотки смещения

			(Ом)	(Ом)
28	1,68	560	30,43	39008,6

6.2 Расчет параметров магнитного усилителя с внутренней обратной связью

Согласно данным приведенным в Таблице 6.3, производим расчеты.

Таблица 6.3

Исходные данные для расчета МУ с внутренней ОС

	,		()	(А/мм)	()
125	0,69	52	7,8	4,0	0,49	0,325	400

Коэффициент запаса:

Напряжение питающее схему:

Максимальная напряженность:

Индукция:

Объем сердечника:

Масса сердечника:

Сечение провода:



Число витков рабочей обмотки:

Площадь окна:

Таблица 6.4

Результат расчета параметров МУ с внутренней ОС

		, (А/см)	, (Тл)	, ()	, (г)	q,		,
1,22	191,475	49,92	1,4	10,65	83	12,48	1571,6	603,45

7. Определение основных параметров многокаскадного и реверсивного магнитных усилителей

7.1 Сравнение постоянных времени однокаскадного и многокаскадного магнитных усилителей (ОМУ ММУ)

Коэффициент усиления ММУ равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов. Постоянная времени ММУ равна сумме постоянных времени отдельных каскадов. Инерционность ММУ определяется, в основном, инерционностью первого каскада, поэтому его выбирают с небольшим коэффициентом усиления, а необходимый коэффициент усиления набирается за счет остальных каскадов. Обычно ММУ включает пять, шесть каскадов

Согласно данным приведенным в Таблице 7.1, производим расчеты.

Таблица 7.1

Исходные данные для расчета параметров магнитного усилителя

				, (Гц)
0,98	5200	80	180	50	1

Коэффициент усиления по мощности ММУ:

Постоянные времени ОМУ и каскадов ММУ:

;

Постоянные времени ОМУ и каскадов ММУ:

Таблица 7.2

Результат расчета магнитного усилителя

14400	1,44	0,026	55,4

7.2 Расчет основных параметров реверсивного магнитного усилителя с балластными сопротивлениями и выходом на постоянном токе

Реверсивные МУ - это усилители, в которых при изменении полярности управляющего сигнала изменяется полярность тока нагрузки. Если на выходе реверсивного МУ включается одно сопротивление нагрузки, в котором ток нагрузки может менять полярность при изменении полярности тока управления, применяются схемы с балластными сопротивлениями.

При максимальном токе управления один из МУ, входящих в реверсивный МУ, в котором напряженности смещения и управления вычитаются, работает в режиме близком к холостому ходу, поэтому током на выходе другого МУ можно пренебречь. При этом схему реверсивного МУ можно привести к схеме замещения, в которой сопротивления обмоток Wпос и сопротивления вентилей можно считать включенными в сопротивление Rб, а расчет параметров реверсивного МУ - вести по эквивалентной схеме.

Согласно данным приведенным в Таблице 7.3, производим расчеты.

Таблица 7.3

Исходные данные для расчета параметров магнитного усилителя

(Ом)	(мА)	(мА)	(Ом)
5500	5,6	0,48	1450

Балластное сопротивление:

Ток нагрузки:

Эквивалентное сопротивление:

Ток :

Мощность, выделяемая в нагрузке:

Выходная мощность:

Мощность, выделяемая на балластном сопротивлении:

Мощность, выделяемая в обмотке управления:

Таблица 7.4

Результат расчета реверсивного магнитного усилителя

(Ом)	(Ом)	(А)	(Вт)	(Вт)	(Вт)	(Вт)
7778,2	11000		0,17248	0,9856		0,696

8. Определение основных параметров феррорезонансного стабилизатора напряжения

8.1 Расчет параметров феррорезонансного стабилизатора напряжения

Феррорезонансный стабилизатор напряжения служит для стабилизации переменного напряжения. Исследование стабилизатора основано на следующих допущениях: искажение кривой напряжения и фазовый сдвиг напряжений на ненасыщенном и насыщенном стержнях не учитываются; расчет производится по приближенным формулам для заданного среднего значения входного напряжения.

Согласно данным приведенным в Таблице 8.1, производим расчеты.

Таблица 8.1

Исходные данные для расчета параметров магнитного усилителя

(Вт)	(В)	(В)	(В)	(А/мм)
100	200	180	550	1,6

Активное сечение стали ненасыщенного стержня:

Активное сечение стали насыщенного стержня:

Число вольт на один виток первичной обмотки:

Напряжение на конденсаторе:

Емкость конденсатора:

Число витков обмоток стабилизатора:

Ток в обмотках:

Диаметр провода обмоток:



Таблица 8.2

Результаты расчета феррорезонансного стабилизатора напряжения

		(В)	(В)	(Ф)
11	6,6	0,242	357,5	10,17	744	1182	296	296

(A)	(A)	(A)	(A)	(мм)	(мм)	(мм)	(мм)
1,11	0,9	0,75	0,5	0,88	0,72	0,6	0,4

9. Определение основных параметров следящего привода

9.1 Расчет параметров исполнительного устройства и коэффициента усиления системы для следящего привода

Системы автоматики делятся на системы стабилизации, системы программного управления и следящие системы. Следящие системы - это такие системы, которые с той или иной степенью точности воспроизводят изменения входных величин, происходящие по произвольному закону.

По назначению следящие системы делятся на следящие электроприводы, системы дистанционного управления, измерительные системы.

Согласно данным приведенным в Таблице 9.1, производим расчеты.

Таблица 9.1

Исходные данные для расчета параметров магнитного усилителя

(Н*м)	(об/мин)			(В/град)	(об/мин)		(В)
48	3,3	0,1	29	0,5	5900	0,62	240

Передаточное число на редукторе:

Момент сопротивления приведенный к валу:

Мощность двигателя:

Коэффициент усиления двигателя по скорости относительно напряжения управления:

Коэффициент усиления усилителя по напряжению:

Общий коэффициент усиления системы:

Таблица 9.2

Результаты расчета коэффициентов усиления системы

	, (Н/м)	, (Вт)
	0,04	2,5	25	165,5	0,016	33

10. Определение основных параметров цифро-аналогового преобразователя (ЦАП)

10.1 Расчет коэффициента усиления и выходного напряжения ЦАП при подаче различных двоичных комбинаций на его входы

ЦАП используются для преобразования цифрового кода в аналоговый сигнал. ЦАП с весовыми резисторами относится к устройствам прямого преобразования и состоит из двух узлов: резистивной схемы (матрицы) на резисторах R1-R4 и суммирующего операционного усилителя (ОУ) с резистором обратной связи R0. Опорное напряжение Uоп подключается к резисторам матрицы переключателями А, В, С, D, имитирующими преобразуемый код.

Рис. 10.1 Схема рассчитываемого ЦАП

Согласно данным приведенным в Таблице 10.1, производим расчеты.

Таблица 10.1

Исходные данные для расчета ЦАП

Кодовые комбинации	, (кОм)	, (кОм)	, (кОм)	, (кОм)	, (кОм)	, (В)
0100	0101	1101	10	150	75	37,5	18,75	6

Коэффициент усиления для первой комбинации:

Коэффициент усиления для второй комбинации:

Коэффициент усиления для третьей комбинации:

Выходное напряжение ЦАП при первой комбинации:

Выходное напряжение ЦАП при второй комбинации:

Выходное напряжение ЦАП при третьей комбинации:

Таблица 10.2

Результат расчета ЦАП

			, (В)	, (В)	, (В)
0,133	0,666	0,733

Размещено на Allbest.ru

...