Курсовая работа - технические средства автоматизации
Подождите немного. Документ загружается.
Рисунок 3.4 – Схема быстродействующего усилителя со смещением.
При выполнении соотношения между питающим и опорным
напряжениями Uсм/U~ =ωy/ωp необходимое размагничивание сердечника будет
происходить в течении управляющего полупериода за счет Uсм и при Iy=0.
Соответственно при Iy=0 ток нагрузки будет равен нулю, а при увеличении тока
управления будет возрастать ток нагрузки, как показано на рисунок 3.3, б.
11
4 НАРИСУЙТЕ ОДНУ ИЗ СХЕМ И ОБЪЯСНИТЕ РАБОТУ
ОДНОПОЛУПЕРИОДНОГО ДИОДНОГО МОДУЛЯТОРА С ДЕЛИТЕЛЕМ
ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Модулятор – устройство для преобразования входного медленно
изменяющегося электрического сигнала (напряжения) в изменение параметров
колебания более высокой частоты, т.е. в переменное напряжение, причём его
амплитуда пропорциональна величине входного напряжения, а фаза изменяется
при изменении знака входного напряжения. Частота выходного сигнала
определяется частотой, так называемого, опорного (несущего) напряжения. Если
опорное напряжение описывается уравнением: u=Umcos(ωt+φ0), то его
параметры – амплитуда Um, частота ω и начальная фаза φ0 постоянны.
Из электронных амплитудных модуляторов в системах автоматики
наибольшее применение получили модуляторы на полупроводниковых диодах и
триодах. Модуляторы на диодах делятся на однополупериодные и
двухполупериодные.
Модуляция основывается на том, что один из этих параметров изменяется
в соответствии с изменениями модулирующего сигнала низкой частоты, что
обусловливает три вида модуляции: амплитудную, частотную и фазовую.
Однополупериодные модуляторы строятся по двум схемам: с делителем
опорного напряжения U0; с делителем входного напряжения Uвх и
симметричной нагрузкой. Рассмотрим однополупериодный модулятор на диодах
с делителем опорного напряжения U0 (рисунок 4.1). Работают только в
проводящих для диодов полупериодах. Переменное выходное напряжение
(~Uвых) снимается на нагрузочном сопротивлении Rн [6].
Uвых=Rн(i1-i2) , (4.1)
i1=(U1±Uвх - Uv)/(Rб+Rн+Rр1) , (4.2)
i2=(U1±Uвх - Uv)/(Rб+Rн+Rр2), (4.3)
где Uv – остаточное напряжение на диоде (напряжение отпирания).
12
Рисунок 4.1 – Однополупериодный модулятор на диодах с делителем опорного
напряжения Uo
При отсутствии Uвых i1=i2. Для этого подбирают идентичные диоды и
регулировочные сопротивления. При изменении полярности меняется фаза. Фаза
выходного напряжения определяется большим током.
Рисунок 4.2 – Диаграммы напряжений однополупериодного модулятора.
13
На фоне постоянной составляющей выходное напряжение Uвых меняется
с частотой опорного напряжения Uо (рисунок 4.2).
Rб служит для предотвращения перегорания диодов в случае
закорачивания нагрузочного сопротивления.
Достоинства однополупериодных модуляторов: простота конструкций,
возможность получения высокого входного сопротивления (подбором величины
Rн), возможность обеспечения достаточно высокой степени линейности
преобразования.
Недостатки однополупериодных модуляторов: трудность балансировки;
высокий порог чувствительности, определяемый уровнем остаточного
напряжения при нулевом входном сигнале; большая постоянная составляющая
(для ее предотвращения вместо Rн устанавливают трансформатор); большой
процент высших гармоник; зависимость коэффициента преобразования от
сопротивления нагрузки.
14
5 ЧТО ТАКОЕ ДЕМОДУЛЯТОР, ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ,
КАКИЕ БЫВАЮТ? КОЭФФИЦИЕНТ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И УСЛОВИЯ
НОРМАЛЬНОЙ РАБОТЫ ДЕМОДУЛЯТОРА
В качестве демодуляторов обычно используют демодуляторы с
вибропреобразователями или демодуляторы на транзисторах. Демодулятор
представляет собой устройство для выделения низкочастотного сигнала из
модулированного колебания, т.е. в демодуляторе происходит операция, обратная
модуляции. В зависимости от характера модуляции воздействующего сигнала
различают амплитудные, частотные и фазовые демодуляторы. В зависимости от
устройства и принципа действия различают электромеханические, магнитные и
электронные демодуляторы. Основные характеристики амплитудных
демодуляторов: характеристика управления; коэффициент преобразования;
входное и выходное сопротивления; динамические свойства; мощность на
выходе; уровень собственных шумов. К амплитудным демодуляторам
предъявляются следующие основные требования: линейность характеристики
управления, высокий коэффициент преобразования, малая потребляемая
мощность, низкий уровень шумов. Величина постоянного напряжения на выходе
демодулятора пропорциональна амплитуде переменного напряжения на его
входе. Различают фазочуствительные и нефазочуствительные демодуляторы.
Фазочуствительные демодуляторы характеризуются тем, что знак их выходного
напряжения зависит от фазы входного напряжения. В нефазочуствительных
демодуляторах, схемы которых не отличаются от схем обычных выпрямителей,
выходное напряжение сохраняет свой знак независимо от фазы входного
напряжения. Коэффициент преобразования для амплитудных демодуляторов
Кд = Uп /Um, (5.1)
где Uп – выходное напряжение постоянного тока; Um – амплитуда входного
синусоидального напряжения. Если в выходном сигнале имеются переменные
составляющие, то Uп - величина постоянной составляющей.
15
Электромеханические амплитудные демодуляторы (как и модуляторы) в
качестве основного элемента содержат вибропреобразователь ВП. Схема
электромеханического демодулятора приведена на рисунке 5.1 [5].
Рисунок 5.1 – Схема электромеханического демодулятора.
Преобразуемое входное напряжение Uвх=Umsinωt. Напряжение питания
U
0
ВП совпадает по частоте с входным напряжением. Подвижный контакт б
преобразователя вибрирует с той же частотой ω, осуществляя замыкание и
размыкание входной цепи с выходной. В течение одного полупериода входной
сигнал поступает, а в течение другого полупериода не поступает на резистор
нагрузки Rн. В общем случае начало периода входного напряжения не
совпадает с началом периода работы вибропреобразователя, отличаясь на
некоторую величину t
п
. Постоянная составляющая выходного напряжения:
(5.2)
где
t
п
.
16
Коэффициент преобразования демодулятора, представляющий собой
отношение постоянной составляющей выходного напряжения к амплитуде
входного напряжения, имеет максимальное значение при ψ=0, т.е. при t
п
=0:
(5.3)
Для получения наибольшего значения Кд применяют подстройку
электромеханического вибропреобразователя, включая фазосдвигающие цепочки
в цепь управляющей обмотки так, чтобы t
п
=0. В практических схемах на выходе
демодуляторов обычно включают фильтры, пропускающие постоянную и
задерживающие переменную составляющие напряжения.
Преимуществом электромеханических демодуляторов является то, что они
позволяют осуществлять преобразования со сравнительно высокой степенью
точности.
Недостатками их являются невысокая надежность, ограниченный срок
службы, невозможность преобразования сигналов большой мощности и
повышенной частоты.
17
К
д
U
п
U
m
1
cos
6 ЧТО ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ ПОВОРОТНАЯ ЗАСЛОНКА?
ОСОБЕННОСТИ, ПРИМЕНЕНИЕ
Поворотные заслонки - регулирующие органы, применяемые на
трубопроводах для регулирования потоков воздуха и газов при небольших
статических давлениях. В некоторых случаях заслонки применяют для
регулирования расхода жидкости, пара и газов при средних и высоких
давлениях, а также сыпучих материалов. Изменение проходного сечения
заслонки осуществляется путем ее вращения вокруг оси, расположенной
перпендикулярно направлению потока. Они могут применяться на
трубопроводах как круглого, так и прямоугольного сечений. Поворотные
заслонки имеют простую конструкцию, небольшие габаритные размеры и массу.
На рисунке 6.1 дана схема поворотной заслонки [3]. Она выполнена в виде
плоского диска 1 небольшой толщины, имеющего форму поперечного сечения
трубопровода 2. Заслонка может поворачиваться вокруг оси 3,перпендикулярной
к оси трубопровода. Поворот заслонки происходит на угол а, который может
меняться от
О
до
90 градусов.
Если вращение заслонки может осуществляться в
обе стороны от положения полного закрытия трубопровода, то такая заслонка
носит название проходной поворотной заслонки.
Рисунок 6.1 – Схема поворотной заслонки
18
Иногда в одном и том же сечении трубопровода устанавливают не один
диск (лопасть), а несколько. Получается многолопастная заслонка, у которой
лопасти вращаются одновременно, но каждая вокруг своей оси. Поворотные
заслонки различных конструкций, так же как и регулируюшие клапаны, нашли
широкое применение в технике автоматического управления.
Конструктивная характеристика обычной поворотной заслонки для
трубопровода с круглой или прямоугольной формой поперечного сечения
описывается выражением
f = f
max
(1-cosα) , (6.1)
где f – площадь проходного сечения заслонки, соответствующая ее
текущему углу поворота; f
max
– максимальная площадь проходного сечения
заслонки, соответствующая максимальному углу поворота.
Специфической особенностью, характеризующей работу заслонки в потоке
жидкости или газа, является возникновение на ее оси так называемого
реактивного момента, который стремится вернуть заслонку в положение
полного закрытия. Причина появления реактивного момента заключается в
несимметричном обтекании потоком лопасти заслонки во всех ее проме-
жуточных положениях, отличных от положений полного закрытия и полного
открытия. При этом перепад давлений, имеющихся по обе стороны верхней
половины I лопасти (см. рисунок 6.1), становится меньше перепада давлений на
нижней половине
II
лопасти, так как большая часть потока направляется
лопастью вверх, а меньшая - вниз. Величина реактивного момента есть функция
угла поворота лопасти и ее размеров. При полном открытии или полном
закрытии лопасть заслонки статически уравновешена, так как моменты сил,
действующих на верхнюю I и нижнюю II части лопасти, равны друг другу. Для
привода заслонки в движение исполнительный механизм должен развить
движущий момент, способный преодолеть реактивный момент и момент трения
на валу заслонки.
Большое значение для работы всех типов дроссельных регулирующих
органов имеет возникновение в них кавитационных явлений. Кавитация
19
представляет собой нарушение сплошности потока жидкости вследствие
образования в ней участков, заполненных выделившимися из жидкости парами
или газами. Кавитация возникает на тех участках потока, где давление в
жидкости падает значительно ниже атмосферного. Величина давления в
жидкости, при котором начинается кавитация, зависит от многих причин:
количества растворенных в жидкости газов, размеров и формы взвешенных
частиц, времени протекания жидкости через участок с пониженным давлением и
т. д. Чаще всего это давление совпадает или очень близко к давлению
насыщенных паров данной жидкости при данной температуре. В последнем
случае обычно говорят, что имеет место закипание жидкости, вызванное
понижением давления.
20