Преобразователи и усилители электрических сигналов

ВЫБОР ВАРИАНТА ЗАДАНИЯ

Содержание

Практикум по основам автоматики

Контрольные вопросы

Содержание отчета

Отчет должен содержать электрические схемы испытания реле, оформленный протокол испытаний.

Таблица 5.2 – Протокол испытаний электромагнитных реле МКУ-48 и РЭС-6

Реле

Род тока

Опытные и расчетные данные

Iср, А

Ucp, В *

Iотп, А

Uотп, В *

Uн, В

r

Iн, А

Rв, Ом

Rз.ср, Ом

Rз.отп, Ом

IcpW

IотпW

МКУ-

РЭС-6

Рекомендуемая литература

Егоров Ю.В. Автоматизация эксперимента в почвенных исследованиях. М.:МГУ, 1990г.-100с.

1. Перечислите и охарактеризуйте параметры реле автоматики.

2. Назовите основные узлы реле.

3. Может ли реле переменного тока работать на постоянном токе и какой
режим работы на ваш взгляд предпочтительнее?

4. Как изображают элементы реле на схемах?

5. По каким признакам разделяются реле на различные типы?

6. Сборник для решения задач

Министерство сельского хозяйства российской федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Мичуринский государственный аграрный университет»

Кафедра электрификации и автоматизации сельского хозяйства

УТВЕРЖДЕНО

протокол № __

методической комиссии

инженерного факультета

от «__» ________ 2008 г.

для студентов инженерного факультета специальностей

110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»,

110303 – «Механизация переработки сельскохозяйственной продукции»,

110304 – «Технология обслуживания и ремонта машин в АПК»

Мичуринск 2008г.

УДК 631.171

Рецензент:

к.т.н., доцент кафедры «Механизация переработки и хранения сельскохозяйственной продукции» С.Д. Алехин

Утверждено на заседании кафедры ЭАСХ

Протокол №3 от «31» октября 2008 г.

Практикум по основам автоматики / авт. сост. А.С. Гордеев, А.В. Вылгин. – Мичуринск: МичГАУ, 2008. - 27с.

©Издательство Мичуринского государственного университета, 2008

стр.

Выбор варианта задания…………………………………………………….4

1. Преобразователи и усилители электрических сигналов………………5

задачи (№№ 1….68)………………………………………………………….11

2. Исполнительные устройства…………………………………………….18

задачи (№№ 69….113)……………………………………………………….22

Каждый вариант задания содержит 2 задачи. Номер варианта V выбирается студентом на пересечении строки и столбца таблицы по двум последним номерам своей зачетной книжки, С1 - номер предпоследней цифры; С2 - номер последней цифры:

С2 С1	0	1	2	3	4	5	6	7	8
0	1, 69	2, 70	3, 71	4, 72	5, 73	6, 74	7, 75	8, 76	9, 77	10, 78
1	11, 79	12, 80	13, 81	14, 82	15, 83	16, 84	17, 85	18, 86	19, 87	20, 88
2	21, 89	22, 90	23, 91	24, 92	25, 93	26, 94	27, 95	28, 96	29, 97	З0, 98
3	31, 99	32, 100	33, 101	34, 102	35, 103	36, 104	37, 105	38, 106	39, 107	40, 108
4	41, 109	42, 110	43, 111	44, 112	45, 113	46, 69	47, 70	48, 71	49, 72	50, 73
5	51, 74	52, 75	53, 76	54, 77	55, 78	56, 79	57, 80	58, 81	59, 82	60, 83
6	61, 84	62, 85	63, 86	64, 87	65, 88	66, 87	67, 88	68, 89	37, 90	38, 91
7	З9, 92	40, 93	41, 94	42, 95	43, 96	44, 97	45, 98	46, 99	47, 100	48, 101
8	49, 102	50, 103	51, 104	52, 105	53, 106	54, 107	55, 108	56, 109	57, 110	58, 111
9	59, 112	60, 113	61, 69	62, 70	63, 71	64,72	65, 73	66, 74	67, 75	68, 76

Непосредственное использование или измерение электрических сигналов первичных преобразователей не всегда возможно, поэтому в системах автоматического контроля и регулирования используют различные устройства, к которым относятся преобразователи переменного тока в постоянный, усилители и преобразователи постоянного сигнала в переменный или импульсный.

Преобразователи переменного тока в постоянный служат в качестве источников питания контрольно-измерительных приборов и первичных преобразователей параметров технологических процессов. Основной блок преобразователя – выпрямитель на полупроводниковых диодах. Некоторые выпрямительные схемы приведены на рисунке 1. Они характеризуются коэффициентами выпрямления и пульсации:

k_в=R_обр/R_пр, k=U_m/U_ов, (1)

где R_обр и R_пр – сопротивления полупроводниковых диодов при обратном и прямом включениях, Ом; U_m – амплитуда первой гармоники, В; U_ов – постоянная составляющая выпрямленного напряжения.

Основные характеристики и вид выпрямленного напряжения для каждой схемы рисунка 1 приведены в приложении 8.

Фильтры (рисунок 2) необходимы для сглаживания пульсаций, возникающих в нагрузке на выходе выпрямителей. Фильтры характеризуются низким сопротивлением для постоянной составляющей и высоким – для переменных составляющих выпрямленного напряжения.

Основной параметр сглаживающих фильтров – коэффициент сглаживания, равный отношению коэффициентов пульсаций на входе и выходе фильтра k_с=k_по/k_пн. Для схем на рисунке 2

k_cRC=2πf_пRC; k_cLR=; k_cLC= k_cRC k_cLC, (2)

где f_п – частота пульсации на выходе фильтра, Гц.

На выходе фильтра напряжение близко по форме постоянному.

Стабилизаторы служат для получения стабильного напряжения.

Рисунок 1 - Основные схемы выпрямителей постоянного тока:

а - однополупериодная; б – двухполупериодная со средней точкой; в – двухполупериодная мостовая; г – трехфазная.

В этих устройствах (рисунок 3) используют элементы с вольт - амперными характеристиками, близкими к характеристикам идеальных источников напряжения и тока.

Вольт – амперная характеристика стабилитрона описывается уравнением прямой

U=U_ст+R_дI (3)

При R_д=0 стабилитрон – идеальный источник напряжения.

Вольт – амперная характеристика бареттера, представляющего собой миниатюрную лампу накаливания, имеет вид

I=I_ст+U/R_д (4)

При R_д →∞ бареттер – идеальный источник тока.

Рисунок 2 - Схемы сглаживающих фильтров:

а – RC-фильтр; б – LR-фильтр; в – LC-фильтр.

Рисунок 3 - Стабилизаторы напряжения и тока:

а – с полупроводниковым стабилитроном; б – с бареттером; в – вольт – амперные характеристики: 1 – стабилитрона, 2 – бареттера.

Коэффициент стабилизации параметрических стабилизаторов напряжения и тока характеризует качество их работы:

или k_ст=(5)

Для схем на рисунке 3, а и б коэффициенты стабилизации

k_стU=, k_стI=. (6)

Для стабилизации тока и напряжения используют также различные схемы компенсационных стабилизаторов на транзисторах.

Усилители служат для управления электрическим сигналом большей мощности с помощью сигналов малой мощности от первичных преобразователей. В состав усилителя входят: входная цепь, на которую подается сигнал небольшой мощности; источник питания, напряжение или ток которого поступает на выходную цепь, к которой подключена нагрузка. В зависимости от соотношения сопротивлений выходной цепи и нагрузки усилители делятся на три класса: напряжения (R_вых<<R_н), тока (R_вых >>R_н) и мощности (R_вых≈R_н). Следует отметить, что усилители первых двух классов также относятся к усилителям мощности.

В основе большинства современных усилителей лежат полупроводниковые транзисторы, которые включаются по схемам с общим эмиттером и общей базой (рис. 4, а и б). Зависимости тока коллектора от управляющего тока определяются соотношениями:

I_к=β(I_б+I_к0) и I_к=αI_э+I_к0, (7)

где I_к0- обратный ток перехода база – коллектор при свободном эмиттере; β и α – коэффициенты усиления тока в схемах с общим эмиттером и общей базой.

Рисунок 4 - Схемы включения транзисторов:

а – с общим эмиттером; б – с общей базой.

Они задаются в паспортных данных транзисторов и в системе h-параметров соответствуют коэффициентам β=h_21э и α=h_21б. между ними существует следующая связь: α=β/(1+β).

Основные параметры усилителей – коэффициенты усиления, кпд, коэффициенты не линейных и частотных искажений.

Коэффициент усиления представляет собой отношение приращений выходного и входного сигналов

k₁=∆I_вых/∆I_вх; k_U=∆U_вых/∆U_вх; k_р=∆P_вых/∆P_вх. (8)

Для оценки коэффициента усиления часто пользуются логарифмическими единицами – децибелами; k_дб=20lgk, т.е. 20дБ соответствует усилению в 10 раз.

Кпд усилителя - это отношение мощности выходного сигнала к мощности, потребляемой от источника.

Нелинейные искажения в усилителях связаны с появлением на его выходе высокочастотных гармонических составляющих, влияющих на форму постоянного или синусоидального выходного сигнала. Они характеризуются коэффициентом нелинейных искажений

k_ин=, (9)

где k₂,k₃,k₄,…k_n – коэффициенты, представляющие собой отношение второй, третей, четвертой и т.д. гармоник к амплитуде основной.

Для уменьшения искажений в усилителях и повышения стабильности их работы вводится отрицательная обратная связь, под которой понимается передача части энергии с выхода во входную цепь. Обратная связь может быть введена как для тока, так и для напряжения (рис. 5, а и б). В обоих случаях коэффициент усиления усилителя с обратной связью

k_ус=k/(1+kk_ос) (10)

где k – коэффициент прямого усиления; k_ос – коэффициент обратной связи.

Коэффициент обратной связи выбирается в соответствии с требованиями и режимами работы усилителя. Например, для схем на рисунке 5.

k_ос=R_ос/R_н и k_ос=R₁/(R₁+R_ос). (11)