Введение
Содержание
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЮЖНО-РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
Поведение фирм в краткосрочном и долгосрочном периоде
Сущность и структура издержек
Понятие производства
Лекция № 5 (2ч)
Издержки производства: их сущность и структура
(НОВОЧЕРКАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ)
Лекции по дисциплине
“Элементы и устройства систем управления”
для специальности 21020100
“Управление и информатика в технических системах”
Новочеркасск 2009г.
Введение………………………………………………………………………......4
1 Общие вопросы принципов действия, проектирования, выбора электромагнитных, электромеханических и электромашинных элементов систем управления.………………………………………………........6
1.1.Виды магнитных материалов применяемых в технике, их основные характеристики и параметры…..…….……………………...….……..6
1.2.Основные тепловые режимы, понятие о тепловых расчетах...……...9
1.3.Основные физические законы, лежащие в основе анализа работы и проектирования электрических машин и электромагнитных элементов систем управления………….……...…….……………………....15
2 Электрические машины постоянного тока…………………….………16
2.1.Классификация электрических машин………………………………16
2.2.Основные узлы электрических машин………………………………16
2.3.Работа МПТ в режиме генератора……………………………...........18
2.4.ЭДС генератора……………………………………………………….18
2.5.Классификация генераторов…………………………………………19
2.6.Реакция якоря………………………………………………………....21
2.7.Работа машины постоянного тока в режиме двигателя………….....22
2.8.Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения…………………………………………….…………………...24
2.9.Способы регулирования частоты вращения якоря……..…………...25
2.10.Переходные процессы при пуске двигателя……………………….25
2.11.Тормозные режимы работы двигателей постоянного тока…….…27
2.12.Технические системы для управления двигателями постоянного тока…...………………………………………………………………28
2.13.Бесконтактные (вентильные) двигатели постоянного тока………32
3.Асинхронные электрические машины…………………………………38
3.1.Получение вращающегося магнитного поля………………………..39
3.2.Устройство трехфазного асинхронного двигателя…………………40
3.3.Принцип действия асинхронного двигателя………………………..42
3.4.Энергетическая диаграмма и вращающийся момент трехфазного асинхронного двигателя……………………………………………….44
3.5.Особенности пуска трехфазных АД…………………………………46
3.6.Регулирование частоты вращения АД………………………………47
3.7.Однофазные асинхронные двигатели……………………………….49
3.8.Двухфазные асинхронные двигатели……………………………......50
4.Синхронные электрические машины……………...……………...........54
4.1.Общая характеристика………………………………………………..54
4.2.Особенности управления пуском СД средней и большой мощности………………………………………………………………...……56
4.3.Гистерезисные микродвигатели…………………………………......56
4.4.Синхронные редукторные двигатели………………………………..58
4.5.Синхронные шаговые микродвигатели……………………………...60
5.Электрические микромашины – элементы систем управления..........63
5.1.Тахогенераторы – датчики частоты вращения вала машин…………………………………………………………………….63
5.2.Сельсины – устройства для передачи на расстояния угловых перемещеий………...……………………………………………………….65
5.3.Вращающиеся трансформаторы……..……………………....………68
5.4.Двигатели для микроперемещений………………………………….74
5.5.Моментные двигатели………………………………………………...77
6.Выбор двигателя системы автоматики………………..…………..…….79
6.1.Общие сведения по выбору двигателя……………...……….…...….79
6.2.Выбор двигателя в продолжительном режиме работы………….….80
6.3.Выбор двигателя для кратковременного и повторно кратковременного режима работы…………………………………………...…...…82
7 Электромагнитные устройства систем управления..............................83
7.1.Принцип действия, конструкции и области применения магнитомодуляционных устройств……………………..………………………..83
7.2.Анализ работы идеального магнитного усилителя с последовательным включением рабочих обмоток……………...………..................88
7.3.Обратная связь в магнитных усилителях и режим бесконтактного магнитного реле………………………………….…………………..90
8.Электромеханические элементы систем управления………………..97
8.1.Формулы для определения силы тяги электромагнитов ………….97
8.2.Конструкция и тяговые характеристики электромагнитов……….100
8.3.Тяговые характеристики электромагнитов переменного тока.......101
8.4.Время срабатывания и динамика электромагнитов постоянного тока…………………………………….…………………………..…102
8.5.Принцип действия и конструкция электромагнитных реле автоматики………………….……………………………….............104
8.6.Магнитоуправляемые контакты (герконы)………………...….105
9. Измерительные преобразователи неэлектрических величин….................................................................................................108
9.1.Гальваномагнитные преобразователи……………………………...108
9.2.Магниторезистивные преобразователи……………………………119
9.3.Резистивные измерительные преобразователи…………………....123
9.4.Емкостные преобразователи……………………………………......135
9.5.Электромагнитные преобразователи……………………………….138
9.6.Пьезоэлектрические преобразователи………………………...........150
9.7.Тепловые ИП………………………………………………………....155
10.Гидравлические и пневматические элементы………………………...167
10.1.Общие сведения о гидравлических системах и элементах………167
10.2.Характеристики рабочих жидкостей гидросистем……………....168
10.3.Основные параметры сжатого воздуха для пневматических приборов …………………………………………………………………....171
10.4.Пневматические дроссели, распределители и усилители…….....172
10.5.Пневматические исполнительныыые механизмы и приводы…...173
Элементы автоматики – это “кирпичи”, из которых строятся автоматические и телемеханические системы и устройства. Элемент может представлять собой конструктивно законченное изделие, например, магнитная муфта, стабилизатор напряжения, геркон. Он может также являться частью некоторой конструкции, но иметь более или менее самостоятельное функциональное назначение, например исполнительный двигатель, приводной электромагнит, и т.п.
Для элементов автоматики характерно наличие “входа”, на который воздействует приходящая из вне энергия или информационный сигнал, и “выхода”, на котором получается реакция на входное воздействие. Зависимость выходной величины от входной является основной характеристикой элемента. Номенклатура элементов автоматики весьма разнообразна. Естественно, что они могут классифицироваться по различным признакам. Элементы автоматики, по физической природе протекающих в них процессов, связанных с преобразованием информации или энергии, делятся на гидравлические, пневматические, оптические, электрические и т.д. В свою очередь электрические элементы подразделяются на электронные,электромеханические, магнитные,электромашинные,диэлектрические и т.д.
Для инженеров, занимающихся разработкой устройств автоматики, телемеханики, информационно-измерительной техники, автоматизированных систем управления и других родственных им систем и устройств, необходимо знание характеристик различных элементов автоматики, понимание природы протекающих в них физических процессов. Только при этом условии возможен выбор элементов, наиболее подходящих для решения той или иной конкретной задачи. В ряде случаев инженеры указанных специальностей вынуждены заниматься не только построением систем из готовых элементов, но и созданием новых конструкций элементов или усовершенствованием существующих. При создании систем необходимо согласование характеристик входящих в них элементов. Эти характеристики изменяются под влиянием различных внешних факторов (колебания температуры, величины питающего напряжения, механических воздействий и т.п.). Для того чтобы решать задачи, возникающие при подобных ситуациях, необходимо умение математически описывать процессы, протекающие в элементах, находить количественную зависимость характеристик элементов от их конструктивных параметров и внешних воздействий. Элементы автоматики изучаются в ряде курсов, охватывающих более или менее родственные им группы.
По функциональному назначению
Данный курс посвящен изучению датчиков, электромагнитных, электромеханических,электромашинных элементов и устройств. Общим для них является то, что протекающие в них процессы в своей основе связанны с наличием или изменением магнитного потока. Последний в большей или меньшей степени локализован в магнитной системе, частично или полностью состоящей из магнитных материалов. Если элемент содержит детали, совершающие механические перемещения, то его называют электромеханическим. Строго говоря, к числу электромеханических элементов относятся, наряду с другими элементами, и электрические машины.
Если элемент не имеет подвижных деталей, его часто называют статическим. Все магнитные элементы относятся к статическим. Для краткости, как электромеханические, так и магнитные элементы ниже будем именовать электромагнитными. По характеру связи входной и выходной величин различают элементы непрерывного и дискретного действия. Элементы непрерывного действия могут быть линейными, когда зависимость выходной величины y от входной x представляется уравнением прямой линии:
где a и b - некоторые постоянные. Если указанная связь не может быть выражена уравнением прямой линии, то элемент называют нелинейным.
В дискретных элементах выходная величина может принимать только ограниченное число определенных устойчивых значений. Переход от одного значения выходной величины к другому может совершаться только скачком. Промежуточные значения выходной величины неустойчивы. Наиболее распространенными дискретные элементы с двумя устойчивыми состояниями (бистабильные элементы), называемые релейными элементами или реле. Характерная особенность реле то, что при плавном изменении входной величины, выходная остается постоянной. Затем при некотором значении входной величины (значение срабатывания) выходная величина скачком принимает новое значение, которое не изменяется при дальнейшем возрастании входной величины. По мере уменьшения входной величины при некотором ее фиксированном значении (значение отпускания) выходная величина скачком возвращается к исходному состоянию. Значения величин срабатывания и отпускания обычно не совпадают. Очевидно, что дискретный элемент является частным случаем нелинейного. Типичные графики характеристик различных элементов приведены на рис.1В(а – линейные, б – нелинейные, в - релейные).
Помимо собственно магнитной системы (магнитопровода) электромагнитные системы содержат также обмотки, а иногда и постоянные магниты. Электромеханические элементы очень часто содержат также электрические контакты, предназначенные для замыкания, размыкания и переключения электрических цепей.
При протекании тока в обмотках,изменении магнитного потока в магнитопроводах в них выделяется тепло, которое может вызвать существенное изменение температуры элементов. При этом будут изменяться их характеристики. Превышение температуры сверх допустимой вызывает сокращение срока службы и даже повреждения элементов. Соответственно возникает задача отвода выделяемого тепла в окружающую среду.
По функциональному назначеию элементы подразделяются на чувствительные(датчики),исполнительные,а также выполняющие операции сравнения,усиления,вычислительно-логические,запоминания,преобразования и распредедения информации.
 |
Рис. 1В