Исследование работы исполнительного механизма

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Цель работы

Исследовать принцип действия и динамику электромагнита постоянного тока.

Краткие теоретические сведения

Электромагнит – это наиболее распространённые преобразователи электрического сигнала в механическое движение.

Электромагниты применяют в тормозных устройствах, для сцепления и расцепления вращающихся валов, приводах для включения и выключения коммутационных аппаратов, открытия и закрытия клапанов, вентилей, заслонок и т.д.

Конструкция электромагнита постоянного тока прямоходного типа представлена в соответствии с рисунком 13.

1 – катушка с обмоткой; 2 – магнитопровод; 3 – якорь

Рисунок 13 – Конструкция электромагнита постоянного тока

прямоходного типа

При всем разнообразии электромагнитов отдельные их узлы имеют общее назначение: катушка с расположенной на ней намагничивающей обмоткой 1; неподвижная часть магнитопровода из ферромагнитного материала 2; подвижная часть магнитопровода – якорь 3. В электромагнитах постоянного тока магнитопровод выполняется сплошным из электротехнической стали. В электромагнитнах переменного тока – выполняют шихтованным, т.е. из пластин, штампуемых из листовой электротехнической стали. В некоторых случаях магнитпроводы электромагнитов постоянного тока делают шихтованными для устранения вихревых токов, возникающих в процессе включения и выключения.

Под инерционность электромагнита понимают запаздывание перемещения якоря по сравнению с изменением входного сигнала. Динамические свойства электромагнита как элемента дискретного действия характеризуются двумя временными параметрами: временем срабатывания и временем отпускания. Изменить время срабатывания и отпускания можно конструктивными и схемными способами.

Конструктивные способы снижение времени срабатывания и опускания: уменьшение вихревых токов в магнитопроводе (шихтованный); уменьшение хода якоря; большой коэффициент запаса при срабатывании k_з.сраб = I_уст/I_сраб, чем больше коэффициент, тем надёжнее удерживается якорь в притянутом положении; оптимизация размеров обмотки и т.д. Увеличение времени срабатывания и отпускания конструктивным способом достигается с помощью различных демпферов (устройство для гашения (демпфирования) колебаний или предотвращения механических колебаний, возникающих в машинах и приборах при их работе), присоединяемых к якорю.

Изменения времени срабатывания и отпускания электромагнита постоянного тока схемными способами достигается изменением его постоянной времени.

Схемы изменения времени срабатывания и отпускания электромагнитов представлены в соответствии с рисунком 14.

а…е – увеличения времени срабатывания;

ж…и – уменьшение времени срабатывания;

к…н – увеличение времени отпускания

Рисунок 14 – Схемы изменения времени срабатывания и отпускания электромагнитов

Задание

Снять значение тока срабатывания, рабочего и отпускания электромагнита реле постоянного тока с последовательно включённым добавочным сопротивлением.

Определить время срабатывания и время отпускания электромагнита реле постоянного тока с последовательно включённым добавочным сопротивлением; оценить изменение времени срабатывания и отпускания электромагнита реле постоянного тока.

Проанализировать проделанную работу.

Экспериментальная схема представлена в соответствии с рисунком 15.

Рисунок 15 - Экспериментальная схема

Катушка электромагнитного реле тока КА подключена к источнику постоянного тока U_п через потенциометр R. Последовательно катушке электромагнитного реле тока подключено добавочное сопротивление R_д. Контакты электромагнитного реле тока КА включены в цепь переменного тока U с лампой НL, которая является индикатор работы реле.

Исходные данные для расчёта, выбираются в соответствии с последней цифрой в порядковом номере по списку, в таблице 5.

Таблица 5 - Исходные данные для расчёта по вариантам

Порядок выполнения расчёта

Собрать экспериментальную схему, представленную в соответствии с рисунком 15.

При положении движка потенциометра в положении 1 ток через катушку электромагнитного реле не протекает. Амперметр РА покажет ноль. При плавном перемещении движка потенциометра (от положения 1 к положению n) ток, проходящий через катушку электромагнитного реле тока, будет увеличиваться (что можно наблюдать по показаниям амперметра) и когда достигнет определённого значения, катушка притянет контакты, которые замкнут цепь и лампа загорится. Амперметр покажет ток срабатывания электромагнитного реле тока. При положении движка потенциометра в положении n (к катушке реле приложение напряжение источника питания) через катушку реле будет протекать рабочий ток реле, значение которого покажет амперметр. При обратном движении движка (от положения n к положению 1) ток, проходящий через катушку электромагнитного реле тока, будет уменьшаться (что можно наблюдать по показаниям амперметра) и когда достигнет определённого значения, катушка отпустит контакты, которые разомкнут цепь и лампа погаснет. Амперметр покажет ток отпускания электромагнитного реле.

Результаты измерений записать в таблицу технических и экспериментальных данных.

По значению этих токов можно определить основные характеристики электромагнита.

Время срабатывания электромагнита реле постоянного тока с добавочным сопротивлением t_ср′, с, определяется по формуле

(25)

где τ₁′ – постоянная времени цепи катушки электромагнита реле при опущенном якоре с добавочным сопротивлением, с;

I_р′ – рабочий ток с добавочным сопротивлением, А;

I_ср – ток срабатывания электромагнита реле, А.

Постоянная времени цепи катушки электромагнита реле при опущенном якоре с добавочным сопротивлением τ₁', с, определяется по формуле

(26)

где L₁ – индуктивность катушки при отпущенном якоре, Гн;

R – активное сопротивление катушки электромагнита, Ом;

R_д – добавочное сопротивление, Ом.

Время отпускания электромагнита реле постоянного тока с добавочным сопротивлением t_отп′, с, определяется по формуле

(27)

где τ₂′ – постоянная времени цепи катушки электромагнита реле при притянутом якоре с добавочным сопротивлением, с;

I_отп – ток отпускания электромагнита реле, А.

Постоянная времени цепи катушки электромагнита реле при притянутом якоре с добавочным сопротивлением τ₂', с, определяется по формуле

(28)

где L₂ – индуктивность катушки при притянутом якоре, Гн.

Изменение времени срабатывания ∆t_ср, с, и отпускания ∆t_отп, с, определяется по формулам

(29)

(30)

Пример выполнения расчёта

Исходные данные для расчёта:

- напряжение питания электромагнита U_п = 30 В;

- сопротивление обмотки электромагнита R = 1000 Ом;

- индуктивность катушки электромагнита при отпущенном якоре L₁ = 15 Гн;

- индуктивность катушки электромагнита при притянутом якоре L₂ = 20 Гн;

- время срабатывания электромагнита t_ср = 0,008 с;

- время отпускания электромагнита t_отп = 0,006 с;

- добавочное сопротивление R_д = 1000 Ом;

- ток срабатывания электромагнита с добавочным сопротивлением I_ср' = 10 мА;

- рабочий ток электромагнита с добавочным сопротивлением I_р' = 15 мА;

- ток отпускания электромагнита с добавочным сопротивлением I_отп' = 8 мА.

Экспериментальная схема представлена в соответствии с рисунком 15.

Постоянная времени цепи катушки электромагнита реле при опущенном якоре с добавочным сопротивлением τ₁', с

Время срабатывания электромагнита реле постоянного тока с добавочным сопротивлением t_ср′, с

Постоянная времени цепи катушки электромагнита реле при притянутом якоре с добавочным сопротивлением τ₂', с

Время отпускания электромагнита реле постоянного тока с добавочным сопротивлением t_отп′, с

Изменение времени срабатывания ∆t_ср, с и отпускания∆t_отп, с

В ходе практической работы были изучены конструкция и принцип действия электромагнита постоянного тока, его применение и динамика работы. Рассчитаны основные характеристики электромагнита с последовательно включённым добавочным сопротивлением: время срабатывания 0,008 с; время отпускания 0,006 с; изменение времени срабатывания и времени отпускания. Исходя из полученных данных можно сделать вывод, что время срабатывания электромагнита с последовательно включённым добавочным сопротивлением увеличилось на 0,002 с, а время отпускания уменьшилось на 0,02 с.

Контрольные вопросы

1) Для чего применяют электромагниты в автоматике?

2) Как классифицируются электромагниты?

3) Конструкция и принцип действия электромагнитов.

4) Что понимают под инерционностью электромагнитов?

5) Способы изменения динамических свойств электромагнитов?

Литература

Шишмарев, В.Ю. Автоматика: Учебник для сред. проф. Образования / Владимир Юрьевич Шишмарёв. – М.: Издательский центр «Академия», 2014. – 288 с. – ISBN 5-7695-1708-5.

Шишмарёв, В.Ю. Типовые элементы систем автоматического управления: учебник для сред. проф. образования / В.Ю. Шишмарёв. – 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2014. – 304 с. – ISBN 5-7695-3292-0.

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?