3775

11

Часть 1. Исследование работы П – регулятора

При изменении температуры П – регулятор, выполненный на базе прибора “Е 5в Omron”, включает или выключает свое реле, которое выдает сигнал на включение или выключение нагревателей. Это наиболее распространенный вариант управления технологическими процессами, связанными с поддержанием температуры (печи, сушильные шкафы и т.п.). Данный принцип хорошо виден на приведенных ниже графиках.

T оС

Высокая температура Чувствительность

Уставка

Низкая

температура

t

Реле

Рис. 14

Порядок проведения работы

1.Подключите магазин сопротивления к клеммам “Датчик”.

2.Установите на магазине сопротивления 100 Ом.

3.Включите главный выключатель (на правой стороне).

4.Включите нижний выключатель. На приборе загорится зеленый или красный светодиод и может загореться лампа нагрузки, если горит зеленый светодиод.

5.Подключите общий провод осциллографа к общей клемме. Один щуп осциллографа установите в точку Т.1, а второй в Т.2.

6.Задайте задатчиком какую-нибудь температуру больше 20 °С. Загорится зеленый светодиод и лампа нагрузки.

7.Изменяя сопротивление на магазине сопротивления и подбирая различные номиналы, вы увидите картину изображенную на рис. 15. В случае превышения температуры установки, загорится красный светодиод и лампа погаснет.

12

V

Е

Уставка D

В

Т

(R магазин)

точка 1 точка 2

С

Вкл

V

Рис. 15

Полученные данные для контрольных точек А-Е сведите в таблицу1.

Примечание. Пересчет сопротивлений произвести по приложенной таблице. Момент включения реле определить по загоранию (по выключению) лампы и переключению светодиодов.

Данная работа проведена для режима работы регулятора: “включено реле – выключено реле”.

Самостоятельно проведите работу для режима регулятора: “выключено реле – включено реле” и по полученным данным постройте графики, аналогичные приведенным выше.

13

Часть 2. Исследование работы ПИД – регулятора

Данная часть стенда (левая) изготовлена на базе терморегулятора “OROW-96”, имеющего градуировку Pt-100 и предназначенного для получения практических навыков обращения с приборами и позволяет увидеть на практике работу прибора в автоматическом режиме, имитирующем технологический процесс.

Пояснения к работе. В качестве нагревателя используется стандартный бытовой нагреватель – кипятильник мощностью 0,5 кВт, 220 В. Датчик закреплен на пластике. Емкость желательно использовать керамическую ≈0,7л. При установке нагревателя и датчика, они должны быть удалены на возможно большее расстояние. На пластике, крепящий датчик, есть электрод заземления, который используется при наличии внешнего контура заземления и предназначен для защиты от попадания высокого напряжения при работе нагревателя.

Внимание!!!

Категорически запрещается определять температуру воды, опуская пальцы в емкость при включенном стенде.

Порядок проведения работы.

1.Налить в емкость воды.

2.Подключить датчик к клеммам, расположенным под прибором и установить его в емкости.

3.Установить нагреватель в емкость и подключить его к розетке.

4.Включить главный выключатель, расположенный на правой стороне.

5.Установить задатчик регулятора на температуру 90 °С.

6.Установить потенциометр Xp1, расположенным в левом нижнем

углу регулятора в положение 6-7.

(Потенциометр Хр1 позволяет менять интегральнодифференциальную составляющую. Чем больше Хр1, тем больше дифференциальная составляющая и меньше интегральная. Иными словами, время включенного состояния меньше, а выключенного больше. На практике это позволяет учитывать соотношение между массой нагреваемого объекта и установленной мощностью нагревателя и добиться оптимального исполнения технологических параметров).

7.Включить выключатель расположенный под прибором.

8.В левом верхнем углу загорится светодиод Хк1. Включенное его состояние говорит о том, что реле сработало и идет нагрев.

9.За 10-15 °С до заданного значения регулятор переходит в режим импульсной подготовки температуры (ПИД – регулирование).

14

10.Каждую минуту снимайте показания прибора и все данные сведите в таблицу. Постройте график, который будет иметь следующий вид.

T, 0C

Tзаданное

Tсреды

t, мин

Рис. 16

11.Выключите нижний выключатель и главный выключатель.

12.Отключите нагреватель и уберите датчик из емкости.

13.Вылейте горячую воду и залейте холодную.

14.Повторите действия как в пп. 2-5.

15.Установите потенциометр Хр1 в положение “0”. В этом положении регулятор из ПИД – регулятора переходит в П – регулятор.

16.Включите нижний выключатель.

17.Снимайте показания каждую минуту. Полученные данные сведите в таблицу и постройте график (рис. 17).

T,0C

Tзаданное

Tсреды

t

Рис. 17

15

Контрольные вопросы

1.В чем принципиальное отличие термопары от термосопротивления?

2.Если поменять полярность подключения термосопротивления и термопары, что произойдет?

3.Объясните разницу в двух и трех проводном подключении термосопротивления?

4.Что будет, если вместо термосопротивления Pt-100 (0 °С = 100 Ом, 100 °С = 139,113 Ом) подключить термосопротивление ТСМ 100 (0 °С = 100 Ом, 100 °С =142,8 Ом). Что будет показывать прибор при 100 °С ?

5.В чем главный недостаток П – регуляторов при управлении технологическими процессами, имеющими большие массы (объемы) и большие установочные мощности и способы их устранения?

6.Какого типа бывают выходные устройства?

7.Зачем применяется оптоэлектронная развязка выходных устройств?

8.Расскажите о законах регулирования?

Таблица 2 Декады Р3831 (R0=0,021) для термодатчика Pt=100 Ом

16

Лабораторная работа № 3 Тиристорный регулятор напряжения

Цель работы: ознакомление со способом управления силовыми электрическими цепями в системах автоматики.

1. Краткие теоретические сведения

Для включения и переключения силовых электрических цепей под нагрузкой в системах автоматизированного управления широко используются управляемые полупроводниковые вентили (тиристоры). Эти приборы позволяют не только полностью заменить контактную аппаратуру, но и имеют по сравнению с ней ряд преимуществ в отношении быстродействия, надежности, взрывобезопасности. Простейшим бесконтактным переключателем может служить тиристор V (рис. 1), включенный последовательно с каким-либо потребителем Rн или элементом электрической цепи, в которой требуется включить или выключить ток. В запертом состоянии через тиристор протекает ток утечки, недостаточный для работы потребителя. При замыкании ключа Q в цепи управляющего вывода тиристор открывается и через потребитель начинает проходить ток нагрузки I. Выключается

Рис. 1 Схема использования тиристора в качестве бесконтактного переключателя

тиристор только после уменьшения проходящего через него тока I до значения, меньшего тока выключения. В цепях переменного тока выключение тиристора происходит автоматически в непроводящую часть питающего напряжения. В цепях постоянного тока приходится принимать специальные меры для выключения тиристоров.

В цепях переменного тока применяются схемы бесконтактных выключателей, состоящих из двух встречно-параллельно включенных тиристоров V1 и V2 (рис. 3, а). При отключенном переключателе Q цепи управления обоих тиристоров разомкнуты, тиристоры закрыты и напряжение на нагрузке Zн отсутствует, хотя на зажимах источника питания имеется переменное напряжение U (рис. 3, б). Если в момент времени t1 (рис. 3, в) замкнуть переключатель Q, то на оба тиристора будут поданы управляющие сигналы.

17

тиристор V2, т.к. до момента времени t2 он зашунтирован параллельно включенным тиристором V1. Аналогично тиристор V2 будет открыт до момента t3 (рис. 3, г), после чего снова включится тиристор V1.

На нагрузку в этом случае будет подаваться синусоидальное напряжение Uн, причем половину времени ток будет проводить тиристор V1, а другую половину -V2 (рис. 3, д). Если в момент времени t4 выключить переключатель Q , то открытый в это время тиристор V1 доработает положенное ему время, после чего протекание тока через нагрузку прекратиться, т.к. тиристор V2 уже не сможет включиться.

Рассмотренная схема выключателя позволяет не только включать или прерывать переменный ток, но и регулировать его, изменяя продолжительность проводимости тока тиристорами. Это положение и лежит в основе принципа импульсно-фазового управления тиристорами, который заключается в том, что на управляющий вывод каждого тиристора V1 и V2 (рис. 4, а) от системы управления подаются периодически с частотой питающего напряжения переменного тока электрические импульсы тока Iу1 и Iу2; в эти моменты происходит открытие тиристоров. Изменяя угол регулирования α (рис. 4, б), т.е. фазу управляющего импульса относительно момента подачи на тиристоры положительных напряжений U1 и U2 можно изменять время в течении которого каждый тиристор находится во включенном состоянии, и регулировать выходное напряжение преобразователя.

Система импульсно-фазового управления обычно состоит из следующих элементов (рис. 4, а):

1. Синхронизирующее устроство СУ-обеспечивает синхронизацию управляющих импульсов Iу1, Iу2 напряжением, подаваемым на тиристоры от сети переменного тока, к которой подключен тиристорный преобразователь.

19

б)

Рис. 4 Структурная схема импульсно-фазового управления тиристорами (а) и кривые напряжения на тиристорах и импульсов тока управления (б)

2. Краткое описание лабораторного стенда

Стенд для проведения лабораторной работы представляет из себя автономный настольный блок, позволяющий с помощью осциллографа снять основные характеристики системы импульсно-фазового управления оптотиристорами.

На лицевую панель стенда вынесена принципиальная схема системы управления с контрольными точками, движок потенциометра, имитатор нагрузки (лампа накаливания) и вольтметр переменного тока, позволяющий визуально контролировать величину выходного напряжения (т.е. напряжения на нагрузке).

С задней стороны стенда расположены ввод шнура питания, сетевые предохранители, клемма заземления стенда и розетка, позволяющая подключать в качестве нагрузки к стенду различные устройства (встроенная лампа накаливания при этом не отключается).

Внимание: при включенном стенде на этой розетке присутствует переменное сетевое напряжение, опасное для жизни!

20

3.Проведение работы

3.1Включите стенд без внешней нагрузки. Главный выключатель расположен с правой стороны блока. Подготовьте к работе двухлучевой осциллограф. Общую шину прибора соедините с общей клеммой стенда (расположена в левом нижнем углу лицевой панели).

3.2В качестве синхронизирующего устройства СУ в данном случае использованы диоды моста VD1; делитель R2 R3 предотвращает попадание на вход элемента DD1 напряжения, превышающего питающее ( точка А). Синхронизация осуществляется импульсами, соответствующими моментам прохождения сетевого напряжения через «нуль» (точка Б). Применение двухлучевого осциллографа позволит наблюдать характеристики синхронизирующего устройства (рис. 5, а, б).

3.3Блок управления БУ как таковой в данной системе отсутствует. Функции внешнего датчика выполняет потенциометр R6, падение напряжения на котором является входной величиной для фазосдвигающего устройства ФУ.

3.4Фазосдвигающее устройство выполнено на элементах C3, DD1.3, С4R8, DD1.4. Угол открывания тиристоров определяется скоростью нарастания напряжения на С3 (UС3), которая, в свою очередь зависит от R6. Напряжение UС3 (рис. 5, в) поступает на вход DD1.3 в результате чего на его выходе напряжение высокого уровня периодически сменяется низким. По спаду напряжения дифференцирующая цепь С4R8 и элемент DD1.4 формируют положительный импульс (рис. 5, г).

3.5В качестве генератора импульсов ГИ используется транзистор VТ1, который открывается управляющими импульсами примерно на 0,1мс, что вполне достаточно для открытия оптотиристора.

3.6Основу оптотиристора составляет оптоэлектронная пара, состоящая из четырехслойной кремниевой структуры и излучающего диода. Поскольку цепи излучающего диода электрически изолированы от кремниевой структуры и управление происходит только за счет энергии светового луча светодиода, то такой прибор обеспечивает электрическую изоляцию силовых цепей от цепей управления, что упрощает системы управления тиристорами и повышает её надежность.