Файл: Курс лекций по дисциплине Средства автоматизации и управления.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.04.2024
Просмотров: 39
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
. В коммутационных схемах МУ работают в ключевом режиме. Поэтому здесь характеристика 
должна быть релейной, что можно получить при 
(рис. 4.5,г).
Управляющий ток имеет отрицательный знак. Имея это ввиду далее оперируем с его модулем. Выделим два характерных луча обратной связи, соответствующих токам управления
и 
и являющихся граничными касательными к исходной характеристике 
.
Для тока управления
и 
:
а)
; 
имеем ток
(точка 1);
б) ; 
имеем ток
. Возможные значения тока нагрузки получены при токе
. Точка 
является неустойчивой и по достижении этого значения ток сразу же скачком возрастает до значения 
и далее скачком до значения 
.
Для тока управления
и 
:
а)
;
имеем ток
(точка 2);
б)
; 
имеем ток
.
Состояние
является неустойчивым, т.е. уменьшение тока происходит скачкообразно со значения до значения 
.
Аналогично характеристика строится и для других значений тока управления. При дальнейшем увеличении крутизна характеристики уменьшается.
В результате при введении обратной связи с коэффициентом передачи больше единицы характеристика
принимает вид петли гистерезиса в зоне нулевых и малых токов управления, а в левой полуплоскости ее крутизна резко уменьшается. . В зоне 
система неустойчива. При токах управления 
и 
МУ работает в ключевом режиме. В этом диапазоне должен лежать ток управления МУ работающих в коммутационных режимах. Следует иметь ввиду, что при коммутации цепей переменного тока схема не реверсивная. Одновременно с режимом коммутации происходит усиление сигнала по мощности.
4.2.3. Магнитные материалы
Материал магнитопровода должен иметь определённые характеристики. В зависимости от величины коэрцитивной силы различают магнитотвердые (
А/см) и магнитомягкие (
А/см) материалы.
Для создания элементов и устройств электроавтоматики применяют главным образом магнитомягкие материалы, которые можно разделить на 3 группы:
Электротехнические стали (Э31, Э41, ...) представляют собой низкоуглеродистые стали с повышенным содержанием кремния. Они наиболее дешевы и имеют большие индукции насыщения (1,8 - 2,3 Тл), что позволяет создавать на их основе компактные и дешёвые электромагнитные элементы. Вместе с тем, у них чувствительность к изменению внешнего поля, создаваемого обмотками, невелика.
Железоникелевые сплавы (пермаллои) дороже стали в 15 - 20 раз. Они имеют меньшие значения индукции насыщения, но позволяют получать высокочувствительные элементы за счет малой коэрцитивной силы и высокой начальной магнитной проницаемости. Маркируются 50НП, 65НП (50, 65 -%
). Общий их недостаток - низкая механическая прочность и чрезвычайная чувствительность к деформациям.
Железокобальтовые сплавы (пермендюры), содержащие от 30 до 50% кобальта (35 КХ и 50 КФА), имеют наиболее высокие значения индукции насыщения (до 2,4 Тл), что позволяет создавать магнитные усилители и другие устройства наименьших габаритных размеров и массы.
Железоалюминиевые сплавы (Ю16, ...), имея среднюю величину индукции насыщения и малую коэрцитивную силу, обладают повышенной (в 10 - 20 раз большей, чем пермаллои) износоустойчивостью. Их широко применяют для изготовления магнитных головок в устройствах магнитной записи, где в процессе работы головка непрерывно трётся о поверхность ленты.
Ферриты (1,3 ВТ; 0,16 ВТ и др.) представляют собой неметаллические магнитные материалы (твёрдые растворы), изготавливаемые из смеси окислов железа с окислами магния, меди, марганца, никеля и других металлов. Общая формула ферритов имеет вид
, где 
- тот или иной металл. Они имеют характеристику с ярко выраженной петлёй гистерезиса. Удельное электрическое сопротивление ферритов в миллионы раз больше, чем металлических ферромагнитов, что практически устраняет вихревые токи. Это позволяет перемагничивать ферриты с частотой порядка сотен килогерц.
4.3.1. Транзисторные устройства
В рассматриваемых АУ транзисторы работают в режиме транзисторного насыщения ключа (рис. 4.6).
Транзистор работает в ключевом режиме. При
он дополнительно запирается напряжением смещения 
. Его обратное сопротивление велико и значительно превышает сопротивление 
. Выходное напряжение ключа, если схема работает для формирования ступенчатого напряжения, определяется
,
но так как
, то 
. При подаче управляющего тока в цепь базы транзистор полностью открывается. В случае, если нагрузка включена в цепь коллектора (вместо 
, то при закрытом транзисторе ток нагрузки 
, а при открытом определяется вольт-амперной характеристикой транзистора и величиной сопротивления нагрузки.
4.3.2. Тиристорные устройства
Тиристоры в настоящее время получили широкое распространение, так как позволяют коммутировать большие мощности. Работают всегда согласно своим физическим свойствам в ключевых режимах. Обратимся к вольт-амперным характеристикам диода и тиристора (рис. 4.7).
Тиристор в отличие от диода при прочих равных условиях открывается при подаче импульса тока на управляющий электрод. Закрывается при изменении полярности анодного напряжения или уменьшении его ниже значения, соответствующего напряжения спрямления
.
Тиристоры применяются в различных схемах, но наиболее широко - в силовых цепях электропривода по схеме широтно-импульсных преобразователей и управляемого выпрямителя различных исполнений. Эти вопросы рассматриваются в курсе «Автоматизированный электропривод».
В настоящее время промышленность выпускает тиристорные пускатели серии ТУР и ПТ, ТПУ. Их можно классифицировать следующим образом:
1. По роду тока нагрузки:
а) для цепей
:
- с однополупериодным выпрямлением;
- с двухполупериодным выпрямлением;
б) для цепей
var:
-однофазные;
-трёхфазные.
2. По функциональным возможностям:
а) включено - выключено;
б) включено - выключено - реверс.
3. По наличию защиты:
а) от перегрузок по
;
б) от длительных перегрузок при незначительном превышении номинального тока;
в) от изменения напряжения
; 
.
Силовая часть пускателя серии ТУР для одной фазы (другие идентичны) приведена на рис. 4.9, а характеристики пускателей ТУР, ПТ даны в табл. 4.1, 4.2. Типоряд тиристрных пускателей по коммутируемой мощности достаточно широк и переркрывает основой диапазон потребителей машиностроительных производств.
Таблица 4.1
должна быть релейной, что можно получить при (рис. 4.5,г).Управляющий ток имеет отрицательный знак. Имея это ввиду далее оперируем с его модулем. Выделим два характерных луча обратной связи, соответствующих токам управления
и и являющихся граничными касательными к исходной характеристике .Для тока управления
и :а)
; имеем ток (точка 1);б)
; имеем ток . Возможные значения тока нагрузки получены при токе . Точка является неустойчивой и по достижении этого значения ток сразу же скачком возрастает до значения и далее скачком до значения . Для тока управления
и :а)
;
имеем ток (точка 2);б)
; имеем ток .Состояние
является неустойчивым, т.е. уменьшение тока происходит скачкообразно со значения до значения . Аналогично характеристика строится и для других значений тока управления. При дальнейшем увеличении
крутизна характеристики уменьшается. В результате при введении обратной связи с коэффициентом передачи больше единицы характеристика
принимает вид петли гистерезиса в зоне нулевых и малых токов управления, а в левой полуплоскости ее крутизна резко уменьшается. . В зоне система неустойчива. При токах управления и МУ работает в ключевом режиме. В этом диапазоне должен лежать ток управления МУ работающих в коммутационных режимах. Следует иметь ввиду, что при коммутации цепей переменного тока схема не реверсивная. Одновременно с режимом коммутации происходит усиление сигнала по мощности.4.2.3. Магнитные материалы
Материал магнитопровода должен иметь определённые характеристики. В зависимости от величины коэрцитивной силы различают магнитотвердые (
А/см) и магнитомягкие (
А/см) материалы.
Для создания элементов и устройств электроавтоматики применяют главным образом магнитомягкие материалы, которые можно разделить на 3 группы:
-
электротехнические стали; -
сплавы на основе железа с другими ферромагнитными металлами (никель, кобальт, алюминий);
-
ферриты (неметаллические ферромагнетики).
Электротехнические стали (Э31, Э41, ...) представляют собой низкоуглеродистые стали с повышенным содержанием кремния. Они наиболее дешевы и имеют большие индукции насыщения (1,8 - 2,3 Тл), что позволяет создавать на их основе компактные и дешёвые электромагнитные элементы. Вместе с тем, у них чувствительность к изменению внешнего поля, создаваемого обмотками, невелика.
Железоникелевые сплавы (пермаллои) дороже стали в 15 - 20 раз. Они имеют меньшие значения индукции насыщения, но позволяют получать высокочувствительные элементы за счет малой коэрцитивной силы и высокой начальной магнитной проницаемости. Маркируются 50НП, 65НП (50, 65 -%
). Общий их недостаток - низкая механическая прочность и чрезвычайная чувствительность к деформациям.Железокобальтовые сплавы (пермендюры), содержащие от 30 до 50% кобальта (35 КХ и 50 КФА), имеют наиболее высокие значения индукции насыщения (до 2,4 Тл), что позволяет создавать магнитные усилители и другие устройства наименьших габаритных размеров и массы.
Железоалюминиевые сплавы (Ю16, ...), имея среднюю величину индукции насыщения и малую коэрцитивную силу, обладают повышенной (в 10 - 20 раз большей, чем пермаллои) износоустойчивостью. Их широко применяют для изготовления магнитных головок в устройствах магнитной записи, где в процессе работы головка непрерывно трётся о поверхность ленты.
Ферриты (1,3 ВТ; 0,16 ВТ и др.) представляют собой неметаллические магнитные материалы (твёрдые растворы), изготавливаемые из смеси окислов железа с окислами магния, меди, марганца, никеля и других металлов. Общая формула ферритов имеет вид
, где - тот или иной металл. Они имеют характеристику с ярко выраженной петлёй гистерезиса. Удельное электрическое сопротивление ферритов в миллионы раз больше, чем металлических ферромагнитов, что практически устраняет вихревые токи. Это позволяет перемагничивать ферриты с частотой порядка сотен килогерц.-
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ КОММУТАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА
4.3.1. Транзисторные устройства
В рассматриваемых АУ транзисторы работают в режиме транзисторного насыщения ключа (рис. 4.6).
Транзистор работает в ключевом режиме. При
он дополнительно запирается напряжением смещения . Его обратное сопротивление велико и значительно превышает сопротивление . Выходное напряжение ключа, если схема работает для формирования ступенчатого напряжения, определяется ,но так как
, то . При подаче управляющего тока в цепь базы транзистор полностью открывается. В случае, если нагрузка включена в цепь коллектора (вместо , то при закрытом транзисторе ток нагрузки , а при открытом определяется вольт-амперной характеристикой транзистора и величиной сопротивления нагрузки.4.3.2. Тиристорные устройства
Тиристоры в настоящее время получили широкое распространение, так как позволяют коммутировать большие мощности. Работают всегда согласно своим физическим свойствам в ключевых режимах. Обратимся к вольт-амперным характеристикам диода и тиристора (рис. 4.7).
Тиристор в отличие от диода при прочих равных условиях открывается при подаче импульса тока на управляющий электрод. Закрывается при изменении полярности анодного напряжения или уменьшении его ниже значения, соответствующего напряжения спрямления
. Тиристоры применяются в различных схемах, но наиболее широко - в силовых цепях электропривода по схеме широтно-импульсных преобразователей и управляемого выпрямителя различных исполнений. Эти вопросы рассматриваются в курсе «Автоматизированный электропривод».
В настоящее время промышленность выпускает тиристорные пускатели серии ТУР и ПТ, ТПУ. Их можно классифицировать следующим образом:
1. По роду тока нагрузки:
а) для цепей
:- с однополупериодным выпрямлением;
- с двухполупериодным выпрямлением;
б) для цепей
var:-однофазные;
-трёхфазные.
2. По функциональным возможностям:
а) включено - выключено;
б) включено - выключено - реверс.
3. По наличию защиты:
а) от перегрузок по
;б) от длительных перегрузок при незначительном превышении номинального тока;
в) от изменения напряжения
; .Силовая часть пускателя серии ТУР для одной фазы (другие идентичны) приведена на рис. 4.9, а характеристики пускателей ТУР, ПТ даны в табл. 4.1, 4.2. Типоряд тиристрных пускателей по коммутируемой мощности достаточно широк и переркрывает основой диапазон потребителей машиностроительных производств.
Таблица 4.1
| Параметры | Тип | |
| | ТУР-3-1 | ТУР-Зр-1 |
 В | 220, З80 | 220, 380 |
| Сигнал управления |  ,полярность отрицательная, одно и двух п/п выпрямление | |
| Мощность сигнала управления, Вт | 0,05 | 0,05 |
| Мощность выхода, Вт | 250-3500 | 200-7500 |
| Масса, кг | 9 | 25 |
| Габаритныe размеры, мм | 360х190х190 | 370х370х220 |
