Курсовая работа - технические средства автоматизации

Подождите немного. Документ загружается.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И

ПРОИЗВОДСТВ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ»

Вариант №

Выполнил: студент гр. ________

подпись

«______»_____________200_г.

дата сдачи на проверку

Проверил: профессор ________

подпись

Оценка _________ «______»_____________200_г.

дата проверки

Содержание: С.

1 Нарисуйте схему и объясните работу простейшего

полупроводникового компенсационного стабилизатора напряжения.

Что такое и в каких случаях используют составной транзистор в

компенсационных стабилизаторах напряжения 3

2 Что представляет собой магнитный усилитель с внешней обратной

связью? Выведите выражение для коэффициента обратной связи 6

3 Что представляет собой быстродействующий магнитный усилитель

Рейми 8

4 Нарисуйте одну из схем и объясните работу однополупериодного

диодного модулятора с делителем опорного напряжения 12

5 Что такое демодулятор, основные характеристики, какие бывают?

Коэффициент преобразования и условия нормальной работы

демодулятора 15

6 Что представляет собой поворотная заслонка? Особенности,

применение 18

7 Схемы и принцип действия лопастных исполнительных

механизмов, особенности 21

Список использованных источников 24

1 НАРИСУЙТЕ СХЕМУ И ОБЪЯСНИТЕ РАБОТУ ПРОСТЕЙШЕГО

ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО КОМПЕНСАЦИОННОГО СТАБИЛИЗАТОРА

НАПРЯЖЕНИЯ. ЧТО ТАКОЕ И В КАКИХ СЛУЧАХ ИСПОЛЬЗУЮТ

СОСТАВНОЙ ТРАНЗИСТОР В КОМПЕНСАЦИОННЫХ СТАБИЛИЗАТОРАХ

НАПРЯЖЕНИЯ

Компенсационные стабилизаторы дают более широкие возможности для

улучшения качества, выходной мощности, расширения диапазонов стабилизации

напряжения. Фактически это системы автоматического регулирования по

отклонению (Рисунок 1.1).

Рисунок 1.1-Структурная схема стабилизатора напряжения

Выходное напряжение сравнивается в элементе 3 с напряжением

эталонного источника 4. Отклонение напряжения от заданного значения с

выхода элемента 3 воздействует через усилитель 2 на регулирующий элемент 1.

В качестве регулирующего элемента обычно используется транзистор,

работающий в линейном режиме. Он представляет собой переменное

сопротивление между источником питания и нагрузкой. В зависимости от знака

и величины ΔU на элементы стабилизатора оказывается такое автоматическое

воздействие, чтобы ΔU=0 [6].

Для стабилизации повышенных напряжений и токов при переменных

нагрузках обычно используют стабилизаторы напряжения последовательного

типа (Рисунок 1.2).

РЭ - регулирующий элемент; УС - сравнивающий усилитель;

ИОН - источник опорного напряжения; ИЭ - измерительный элемент

Рисунок 1.2- Структурная схема стабилизатора напряжения

На схему сравнения поступают опорное напряжение Uоп и выходное

Uвых. Полученная разность усиливается в К раз. Это устройство в отличие

параметрических стабилизаторов имеет меньшее выходное сопротивление за

счет наличия отрицательной обратной связи по напряжению. Отсюда лучшие

стабилизирующие свойства.

ИОН обычно представляет собой однокаскадный параметрический

стабилизатор на кремниевом стабилитроне (Рисунок 3).

Измерительный элемент обычно представляет собой резистивный

делитель напряжения, подключенный к выходу стабилизатора. Основное

требование к ИЭ – постоянство коэффициента деления. В цепи ИЭ может быть

включен подстроечный резистор, что позволяет в определенных пределах

измерять Uвых.

В схеме на рисунке 3 регулирующим элементом является транзистор

VT1. R2 и VD образуют параметрический стабилизатор напряжения. R3 и R4-

делители напряжения. VT2 – элемент сравнения.

Рисунок 1.3- Схема полупроводникового компенсационного стабилизатора

Потенциал точки А зависит от Uвх и состояния VT2:

вх

оп

кэ2

, (1.1)

= U

вх

- U

= U

оп

кэ2

. (1.2)

Учитывая, что VT1 включен по схеме повторителя напряжения и U

БЭ1

по

сравнению с Uвых мало, то можно считать, что U

вых

≈U

. То есть задача

стабилизации сводится к стабилизации

= U

вх

- U

Пусть под действием дестабилизирующих факторов напряжение на

нагрузке возросло. Это приведет к увеличению U

бэ2

= U

- U

оп

. Следствием чего

увеличение коллекторного тока в VT2 (I

к2

). В результате возрастет U

Потенциал точки А понизится, а следовательно и выходное напряжение U

вых

, что

вызовет уменьшение U

бэ2

2 ЧТО ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ МАГНИТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С

ВНЕШНЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ? ВЫВЕДИТЕ ВЫРАЖЕНИЕ ДЛЯ

КОЭФФИЦИЕНТА ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

Магнитным усилителем является электромагнитное устройство,

предназначенное для усиления электрических сигналов. Принцип работы

магнитного усилителя основан на использовании нелинейных магнитных

характеристик ферромагнитных материалов. Такие достоинства магнитных

усилителей, как высокая надежность, практически неограниченный срок службы,

большая выходная мощность, возможность усиления малых сигналов, простота

суммирования сигналов, сравнительно высокое значение коэффициента

усиления по мощности и др., обеспечили их широкое применение в

автоматических системах регулирования. В настоящее время имеется большое

количество типов магнитных усилителей, имеющих различное конструктивное

устройство, схемы включения и характеристики.

Для увеличения коэффициента усиления по мощности применяют

магнитную положительную обратную связь. При обратной связи выходной

сигнал используют для создания дополнительной постоянной составляющей

магнитного поля, накладывающейся на магнитное поле входного сигнала.

Различают внутреннюю и внешнюю обратную связь. Чаще применяется внешняя

обратная связь. Для осуществления внешней обратной связи предусматривается

специальная обмотка обратной связи, которая располагается на сердечниках

усилителя так же, как и обмотка управления [6].

Существует два вида внешней обратной связи: по току и по напряжению. В

схеме на рисунке 2.1, а в обмотку обратной связи подается выпрямленный ток

нагрузки I

.Таким образом, осуществляется обратная связь по току. В схеме на

рисунке 2.1, б в обмотку обратной связи подается выпрямленное напряжение

нагрузки U

Так осуществляется обратная связь по напряжению. Направление

тока I

оc

в обмотках обратной связи постоянно и определяется полярностью

подключения их к выпрямителю. Если действие тока I

в обмотке w

ос

усиливает

действие тока управления I

в обмотке w

, то имеем положительную обратную

Рисунок 2.1 – Магнитные усилители с внешней обратной связью по току (а) и по

напряжению (б)

связь. Магнитодвижущие силы обмоток управления и обратной связи при этом

складываются. Перейти от положительной обратной связи к отрицательной

можно путем изменения полярности (направления) тока управления в обмотке w

или переменой концов обмотки

ос

подключаемой к выпрямителю. В этом случае

магнитодвижущие силы обмоток управления и обратной связи вычитаются[1,2].

Количественно обратная связь характеризуется коэффициентом обратной

связи – отношением постоянной составляющей напряженности обратной связи к

среднему значению напряженности переменного поля

ос

= Н

– ос

/ Н

~cр

, (2.1)

–

ос ос

ос

ср р

I w

l I w

 

–

ос ос ос

ос в

ср р р

I w w

K K

I w w

 

где

–

ос

ср



- коэффициент выпрямления. (2.2)

3 ЧТО ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ

МАГНИТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ РЕЙМИ

Быстродействующий магнитный усилитель Рейми – магнитный усилитель

на сердечниках в форме тороида из материалов с прямоугольной петлёй

гистерезиса. Быстродействующие магнитные усилители - магнитные усилители,

постоянная времени которых меньше длительности периода переменного

питающего напряжения. Если в обычных усилителях на инерционность

оказывает основное влияние цепь управления, то в быстродействующих

усилителях необходимо учитывать запаздывание и в рабочей цепи. Высокое

быстродействие в магнитных усилителях (в одном каскаде) может быть

обеспеченно при использовании высококачественных материалов для

сердечников. К таким материалам относятся железоникелевые сплавы

(пермаллои), основные достоинства которых – близкая к прямоугольной петля

гистерезиса, высокая магнитная проницаемость в слабых полях и малое значение

коэрцитивной силы.

Рисунок 3.1 – Схема простейшего быстродействующий МУ

Для упрощенного анализа работы быстродействующего магнитного

усилителя воспользуемся теорией идеализированного магнитного усилителя

(будем пренебрегать шириной петли гистерезиса магнитного материала

сердечника) [2]. Представим эту кривую графически в виде ломаной линии,

состоящей из трех отрезков (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Зависимость магнитной индукции от напряженности

магнитного поля

Вертикальный участок этого графика соответствует магнитной

проницаемости, стремящейся к бесконечности, а на горизонтальных участках

магнитная проницаемость стремится к нулю. Это означает, что в режиме работы

сердечника на вертикальном участке индуктивное сопротивление рабочей

обмотки стремится к бесконечности, а на горизонтальном участке – к нулю.

Простейшим быстродействующим магнитным усилителем является схема

на одном сердечнике с внутренней обратной связью за счет однополупериодного

выпрямления в цепи рабочей обмотки (рисунок 3.1). Работу такой схемы можно

рассматривать по двум полупериодам питающего напряжения U~. Когда диод

VD открыт (полярность приложенного напряжения совпадает с проводящим

направлением диода), изменение магнитного состояния сердечника происходит

под действием тока в рабочей обмотке. Этот полупериод называется рабочим.

Когда диод VD закрыт, изменение магнитного состояния сердечника происходит

только под влиянием тока в обмотке управления. Этот полупериод называется

управляющим.

В рабочем полупериоде можно выделить два режима работы усилителя:

рабочая точка находится на вертикальном или на горизонтальном участке

характеристики намагничивания (рисунок 3.2). В первом режиме индуктивное

сопротивление рабочей обмотки очень велико и ток в рабочей цепи (ток

нагрузки Iн) равен нулю. Во втором режиме индуктивное сопротивление рабочей

обмотки близко к нулю и ток в рабочей цепи Iн определяется только

мгновенным значением напряжения питания и активным сопротивлением

нагрузки. В зависимости от значения тока управления изменяется момент

времени, в который индуктивное сопротивление рабочей обмотки скачком

изменяется от бесконечности до нуля (речь идет об идеализированном

магнитном усилителе).

Рисунок 3.3 – Статические характеристики быстродействующего МУ без

смещения (а) и со смещением (б)

Зависимость выходного тока от управляющего показана на рисунок 3.3, а.

Как видно из характеристики Iн=f(Iy), при Iy=0 выходной ток максимален, а для

его уменьшения требуется подавить отрицательный входной сигнал (–Iy). На

практике удобнее иметь прямо пропорциональную зависимость выходного

сигнала от входного (рисунок 3.3, б). Для получения такой характеристики в

управляющую цепь включают дополнительный источник напряжения смещения

Uсм (его называют опорным напряжением) с той же частотой, что и напряжение

питания, но сдвинутый по фазе на 180˚ (рисунок 3.4).