Управление на основе температурной зависимости

10.1. Цель работы.

10.1.1. Изучить принцип действия системы автоматического управления двигателем постоянного тока на основе температурной зависимости.

10.1.2. Составить структурную схему САР двигателя.

10.2. Основные теоретические сведения.

Система автоматического управления работой двигателя на основе температурной зависимости представлена на рис. 10.1.

Рис. 10.1.

САУ включает в себя:

• датчик температуры Rt;

• транзисторы VT1, VT2;

• операционный усилитель (компаратор) А1;

• задатчик температуры R4;

• логический элемент D1.1;

• лампа накаливания Н2;

• двигатель постоянного тока М1.

10.3. План работы.

10.3.1. Разработать схему, в которой при превышении предельной температуры выключается нагревательный элемент и включается электродвигатель (рис. 10.1.).

10.3.2. Определить отдельные элементы устройства, их функциональное назначение и объекты управления.

10.3.3. Изобразить структурную схему САУ.

10.3.4. Определить при каких условиях электродвигатель находится во включенном состоянии.

10.3.5. Смонтировать схему и проверить правильность ваших

выводов.

10.3.6. Представить обоснование необходимости температурно-зависимого включения станков, приборов и установок. Какой конкретный процесс может быть смоделирован в ходе выполнения опыта.

11. Лабораторная работа n11

СВОЙСТВА СИГНАЛОВ ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ СХЕМ

11.1.Цель работы.

11.1.1. Определение свойств сигналов различных принципиальных схем.

11.1.2. Использование исследованных свойств в схемах автоматики.

11.2. Основные теоретические сведения.

В холе выполнения данной лабораторной работы необходимо определить свойства сигналов некоторых принципиальных схем параметрического стабилизатора и RC - цепи. Полупроводниковые стабилитроны в схемах автоматики применяются в качестве источников опорного напряжения, а RC-цепи используются как фильтры или как времязадающие в электронных реле времени.

Стабилитроны представляют собой кремниевые полупроводниковые диоды, которые работают при электрическом пробое р-n перехода. При этом напряжение на диоде слабо зависит от протекающего тока. Электрический пробой не вызывает разрушения р-n перехода и при отводе тепла может существовать длительно.

Вольтамперная характеристика стабилитрона приведена на

рис. 11.1.

Рис. 11.1.

Рабочий участок характеристики заключен между минимальным Iст.мин. и максимальным Iст.мах. значениями тока стабилитрона. Качество работы стабилитрона оценивается наклоном характеристики или дифференциальным сопротивлением:

Rст = dUст/dIст.

Чем меньше Roт., тем стабильнее напряжение на приборе. Схема включения стабилитрона дана на рис. 11.2.

Рис. 11.2.

При использовании конденсатора в электронных реле времени напряжение на конденсаторе и ток через конденсатор изменяются по следующим законам:

Uo(t) = E(1 – e^-t/T;

E

I(t) = ----- e^-t/T;

R

где Е - напряжение источника питания;

T = RC - постоянная времени цепи.

Таким образом, напряжение на конденсаторе непрерывно нарастает от О до Е, а ток сначала увеличивается скачком от нулевого значения до Е/R, а затем уменьшается по экспоненциальному закону и стремится к нулю. Скорость нарастания напряжения на конденсаторе определяется постоянной времени Т = RC, что и используется в реле времени. Если параллельно конденсатору С подключить реле напряжения (К, на рис. 11.3.) или транзисторный ключ, у которых напряжение срабатывания Uср Е, то, изменяя постоянную времени Т = RC при помощи переменного резистора R, можно регулировать время срабатывания tср.

Рис. 11.3.

11.3. План работы.

11.3.1. Пояснить принцип действия и назначение схемы на рис.11.4.

11.3.2. Изменяя сопротивление резистора R14 определить диапазон рабочих токов нагрузки .

11.3.3. Заменяя R12 на R13 повторите п.2. Поясните, что произошло со схемой, осталась ли она в рабочем состоянии.

11.3.4. При выключенном стенде соберите схему рис. 11.5. и схему секундомера (перемычками соединить выходы счетчика с входами дешифратора D11, D12, включить секундомер тумблером S11, пуск секундомера тумблером S10). Включив стенд определить зависимость выходного сигнала схемы от времени.

11.3.5. Дополнить схему соответствующим функциональным узлом, чтобы на выходе формировался двоичный код (на управляющий вход АЦП подайте импульс “1”с - секундомер должен быть включен).

11.3.6. Предложите схему реле времени на основе RC-цепи. По-

пытайтесь реализовать эту схему на стенде (использовать термистор, транзистор и реле). На основании разработанной схемы предложите свою методику снятия зависимости U = f(t) для RC-цепи.

Рис. 11.4.

Рис. 11.5.

12. Лабораторная работа N12.

СРАВНЕНИЕ СВОЙСТВ СИГНАЛОВ ТРАНЗИСТОРА И ТИРИСТОРА

12.1. Цель работы.

12.1.1. Изучить принцип действия транзисторов и тиристоров.

12.2. Основные теоретические действия.

Биполярным транзистором называют полупроводниковый прибор с

двумя р-n переходами и тремя выводами, обеспечивающий усиление

мощности электрических сигналов.

Основой транзистора является кристалл полупроводника, в котором создано два р-n перехода (рис. 12.1.).

Рис. 12.1.

Для нормальной работы между выводами транзистора должны быть

включены источники питания. Их можно включить таким образом, чтобы оба перехода оказались под обратным напряжением. Этот режим работы транзистора называют отсечкой. Все токи транзистора практически равны нулю. Если все переходы включить на прямое напряжение, то такой режим работы транзистора называют насыщением. Транзистор работает в активном режиме, если эмиттерный переход находится под прямым напряжением, (открыт) а коллекторный переход под обратным напряжением (закрыт).

На рис. 12.2. показана схема включения транзистора в актив-

ном режиме.

Рис. 12.2.

Для транзистора справедливо уравнение:

Iэ = Iк + Iб.

Данная схема (с общей базой) не дает усиления по току, но дает усиление по напряжению и по мощности.

Схема с общим эмиттером (рис. 12.3.) дает усиление по току, мощности и по напряжению.

Рис. 12.3.

Тиристором называется полупроводниковый прибор с тремя и более n-p переходами, который может находится в одном из двух устойчивых состояний: в состоянии низкой проводимости (закрыт) или в состоянии высокой проводимости (открыт).

Тиристоры можно считать аналогом электрических контактов,

которые могут быть замкнуты или разомкнуты. Маломощные тиристоры

применяют в релейных схемах и коммутирующих устройствах. Мощные

тиристоры применяют при создании управляемых выпрямителей, инверторов и различных преобразователей. У трехэлектродных тиристоров

имеется вывод, называемый управляющим. Управляющий электрод подключают к источнику, который создает ток управления. При отсутствии тока управления работа тиристора ничем не отличается от работы диодного динистора. При Iупр. = 0 переключение тиристора из закрытого состояния в открытое происходит при меньшем анодном напряжении. Таким образом, работой тиристора можно управлять, воздействуя на объемные заряды в базах. Зависимость напряжения включения от тока управления Uвкл. от тока управления Iупр. называют характеристикой управления тиристора (рис. 2.4.)

Рис. 12.4.

12.3. План работы.

12.3.1. Собрать схему рис. 12.5. Последовательно увеличивай-

те входной потенциал, наблюдая при этом за изменением потенциала

на выходе.

12.3.2. Определите взаимосвязь выходного и входного сигналов.

12.3.3. Аналогично заданиям 12.3.1.и 12.3.2 определить свойства схемы рис. 12.6. Включение тиристора производите размыканием цепи.

12.3.4. Сравните результаты выполнения пунктов 12.3.1...

12.3.3.

12.3.5. Разработайте схему, в которой при достижении контролируемой величиной предельного значения загорается лампа, причем

лампа не должна гаснуть сама, когда контролируемая величина уменьшилась.

Рис. 12.5.

Рис. 12.6.

13. Лабораторная работа N13