Politechnika Wrocławska

Instytut Maszyn i Napędów Elektrycznych

LABORATORIUM AUTOMATYKI

NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO

Wydział: Elektryczny Rok akademicki: 1997/98

Rok studiów: III Semestr: VI Nr grupy lab: 8a

Prowadzący ćwiczenie: dr inż. A. Zalas

Skład grupy	Ocena	Uwagi / Ocena końcowa
Janusz Konieczny (prowadzący protokół)	4,0
Wiesław Kula	4,0
Maciej Kołodziejski	4,0
Rafał Pawelec	4,0

SPRAWOZDANIE

z ćwiczenia nr 1

Temat ćwiczenia: Badanie wybranych członów regulacji automatycznej.

Data wykonania ćwiczenia: 22.04.1998

Data oddania sprawozdania: 6.05.1998

Data zaliczenia ćwiczenia: .....................

I Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było poznanie typowych członów regulacji automatycznej oraz praktyczne zapoznanie się z zasadami ich projektowania i realizacji.

Program ćwiczenia obejmował:

• wyznaczenie charakterystyki U_wy = f(U_we) wzmacniacza operacyjnego dla różnych współczynników wzmocnienia oraz dla wejścia odwracającego i nieodwracającego,

• teoretyczne zapoznanie się z konwerterami prądu,

• teoretyczną analizę kaskadowych i równoległych struktur połączeń regulatorów.

II Przebieg pomiarów.

1. Układy pomiarowe:

• Wzmacniacz operacyjny w układzie nieodwracającym ( NONINVERTER):

R₁ = R₃ = R₄ = 10 kΩ

R₂ = var k_u =

• Wzmacniacz operacyjny w układzie odwracającym ( INVERTER):

R₁ = R₃ = 10 kΩ

R₂ = var k_u =

2. Tabela pomiarowa:

Uwe	NONINVERTER		INVERTER
		ku =5,5 V/V	ku =0,55 V/V	ku = -10 V/V	ku = - 0,1 V/V
		Uwy	Uwy	Uwy	Uwy
V	V	V	V	V
-15	-14,49	-8,10	14,36	1,47
-13	-14,49	-7,05	14,36	1,29
-11	-14,49	-6,01		14,36	1,08
-9	-14,49	-4,89		14,36	0,87
-7	-14,49	-3,80		14,36	0,68
-5	-14,49	-2,71		14,36	0,46
-3	-14,47	-1,62		14,36	0,31
-2,5	-13,72			14,36
-2	-10,93			14,36	0,18
-1,5	-8,19			14,31
-1	-5,48	-0,54		10,04	0,09
-0,5	-2,73			5,06
0,5	2,77			-5,04
1	5,52	0,56		-9,98	-0,09
1,5	8,27			-14,32
2	11,02			-14,37	-0,17
2,5	13,78			-14,37
3	14,50	1,66		-14,37	-0,28
5	14,52	2,74		-14,37	-0,49
7	14,52	3,83		-14,37	-0,68
9	14,52	4,83		-14,37	-0,87
11	14,52	5,98		-14,37	-1,12
13	14,52	6,95		-14,37	-1,27
15	14,52	7,93	-14,37	-1,46

Charakterystyki wykreślone na podstawie powyższych pomiarów przedstawia rys.3

Rys. 3: Charakterystyka napięciowa wzmacniacza operacyjnego.

III Układy regulatorów.

1. 
   Równoległe połączenie regulatorów:

Rys. 4: Schemat blokowy układu z równoległym połączeniem regulatorów.

W układzie równoległego połączenia regulatorów regulatory pracują na zmianę. O tym który z nich ma pracować decyduje człon logiczny „większy od” (US). Regulator prądu pracuje tylko w stanach awaryjnych, tzn. wtedy gdy występuje przeciążenie prądowe.

2. Kaskadowe (szeregowe) połączenie regulatorów:

Rys. 5: Schemat blokowy układu z kaskadowym połączeniem regulatorów.

Kaskadowy układ regulacji prędkości umożliwia uzyskanie ch-ki o dowolnej sztywności, w tym także charakterystyki koparkowej. Regulator prędkości jest nadrzędny w stosunku do regulatora prądu. O dynamice układu decyduje zastępcza stała czasowa obwodu regulacji prądu, której podstawowym składnikiem jest opóźnienie wnoszone przez przekształtnik (WM) .

Legenda do rys. 4 i rys.5 :

R_ω - regulator sprzężenia prędkościowego,

R_I - regulator sprzężenia prądowego,

US - układ sterujący,

SPS - silnik prądu stałego,

K_I, K_TG - wzmacniacze sygnałów pomiarowych prądu twornika i prędkości,

WM - wzmacniacz mocy,

TG - tachogenerator

IV Konwertery prądu.

• Konwerter 4...20 mA

R₁ =150 Ω

R₂ =56 Ω

R₃ =10 kΩ

R₄^*=42 kΩ

R₅ =24 kΩ

R₆^*=8,9 kΩ

R₇ =1 kΩ

R₈ =4,7 kΩ

C₁ = 0,1μF

• 
  Konwerter 0...5 mA

V Uwagi i wnioski.

Niniejsze ćwiczenie w części praktycznej ograniczyło się do „zdjęcia” charakterystyki napięciowej wzmacniacza. Wyniki pomiarów zawarte są w tabeli w punkcie II.2 oraz zilustrowane graficznie na rys.3. Da się zauważyć, że charakterystyki te są liniowe do momentu nasycenia wzmacniacza. Powyżej punktu nasycenia występuje pewna nieliniowość. Noninverter posiada także napięcie niezrównoważenia zera, które można skompensować przy pomocy układu kompensacyjnego.

Szczególnym przypadkiem wzmacniacza operacyjnego jest wtórnik napięciowy. Jest to wzmacniacz posiadający wzmocnienie k_u =1 (noninverter) lub k_u = -1 (inverter).

Zatem wartość napięcia wyjściowego jest co do modułu równa wartości napięcia wejściowego. Charakterystyka napięciowa posiada nachylenie 45° w stosunku do osi X.

Graniczna częstotliwość przenoszenia f_g wzmacniacza wynosi typowo 1 ÷ 5 MHz.

Teoretyczny opis układów regulacji znajduje się w punkcie III, natomiast schematy konwerterów prądu zamieszczone są w punkcie IV.

6

Inverter:

k_u = 5,5

k_u = 0,55

Noninverter:

k_u = -10

k_u = -0,1

---