Лабораторная работа №1. по Проект. ЭЭА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГИТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»






Проектирование электрических и электронных аппаратов










Казань 2014

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГИТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»




Проектирование электрических и электронных аппаратов

Методические указания к выполнению лабораторных работ










Казань 2014
УДК 621.314
ББК 31.221
Э45



Э45
Проектирование электрических и электронных аппаратов. Метод. указания по выполнению лабораторных работ/ Сост.: А.А. Варенов.- Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2014. – с.
В методических указаниях излагается методика проведения исследований , проводимых при проектировании электрических и электронных аппаратов с использованием компьютерных программ EWB и MatLab.
Предназначены для магистрантов 1-го года обучения, обучающихся по направлению «Электроэнергетика и электротехника».



УДК 621.314
ББК 31.221












©Казанский государственный энергетический университет, 2014
Введение

Развитие методов и форм организации проектирования непрерывно связано с научно-техническим прогрессом, с проблемами роста производительности труда конструктора, эффективного использования его творческого интеллектуального потенциала, Поэтому актуальной является задача использования системы автоматизированного проектирования электрических и электронных аппаратов (САПР ЭЭА) в электроаппаратостроении. Эта система выполняет автоматизированное проектирование ЭЭА с участием конструктора и содержит комплекс средств автоматизации проектирования, в состав которого входят языки программирования; пакеты прикладных программ; математические модели и методы; вычислительная техника и средства передачи данных; блоки данных на машинных носителях с записью стандартных проектных решений, типовых элементов, комплектующих изделий; инструкции, положения.
При проектировании ЭЭА использование САПР ЭЭА эффективно как на этапе научно-исследовательской, так и на этапе опытно-конструкторской разработки изделия.
Рабочей программой учебной дисциплины «Проектирование электрических и электронных аппаратов» предусмотрено выполнение четырёх лабораторных работ по 4 часа каждая, в ходе которых реализуются элементы САПР ЭЭА, базирующиеся на прикладных программах EWB и MatLab. В ходе лабораторных работ изучаются возможности этих программ и проводятся исследования электромеханических и электронных аппаратов на этапе эскизного проекта, с целью определения их характеристик и выявления влияния параметров ЭЭА на эти характеристики.













Лабораторная работа №1
Изучение программной среды Electronics workbench и сборка схемы измерительного органа реле защиты

Цель работы
Изучить электрическую схему и принцип действия измерительного органа реле защиты, программную среду EWB и произвести набор изученной схемы в этой программной среде.


Теоретическая часть
1.Изучение схемы измерительного органа реле защиты
Бесконтактным электрическим аппаратом называют устройство, предназначенное для включения и отключения (коммутации) электрических цепей без физического разрыва самой цепи. Принцип действия бесконтактных аппаратов основан на изменении тока в электрической цепи при воздействии на нее управляющего сигнала. Основой для построения бесконтактных аппаратов служат различные нелинейные элементы: ферромагнитные сердечники с обмотками и полупроводниковые приборы (транзисторы, интегральные микросхемы, тиристоры, оптоэлектронные приборы) и др. Непрерывное совершенствование полупроводниковых приборов, появление новых разновидностей и их массовое производство открывают широкие возможности для совершенствования бесконтактных электрических аппаратов.
Бесконтактные аппараты по сравнению с контактными обладают более эффективными техническими характеристиками, часто недостижимыми для контактной аппаратуры: большой (почти неограниченный) срок службы, мало зависящий от частоты включения; высокие быстродействие, чувствительность, надежность; значительно меньшая зависимость параметров срабатывания от механических воздействий; способность к работе во взрывоопасных и загрязненных средах; бесшумность работы; уменьшенные габариты и масса; высокий уровень унификации и блочность конструкций, технологичность.
Основными достоинствами контактных аппаратов являются: более «глубокая» коммутация (соотношение между сопротивлениями в разомкнутом и замкнутом состояниях контактов), видимый разрыв электрической цепи, отсутствие электрической (гальванической) связи между цепью управления и исполнительной частью, устойчивость к перенапряжениям и перегрузкам.
Совмещение достоинств контактных и бесконтактных аппаратов привело к широкому распространению аппаратов, сочетающих измерительную часть на полупроводниковых приборах с электромеханической исполнительной частью. Такие аппараты иногда называют гибридными. Ниже приведена схема на дискретных полупроводниковых приборах, которая применяется в гибридных электрических аппаратах, выпускаемых промышленностью. Усилители с релейным выходом широко применяются в электрических схемах автоматики, управления и защиты. На базе таких усилителей строят схемы нуль-индикаторов с мощностью срабатывания нескольких десятков микроватт, схемы измерительных органов реле защиты, подключаемые к маломощным датчикам, и исполнительные элементы с выходной мощностью до нескольких киловатт. Релейное действие этого усилителя проявляется в том, что при определенном изменении величины входного сигнала или его знака усилитель практически мгновенно переходит из одного устойчивого состояния в другое.
Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 1. Она содержит два усилительных каскада на транзисторах VТ1 и VТ2, работающих в ключевом режиме. В цепь коллектора транзистора VT2 включена катушка малогабаритного электромагнитного реле KL. Усилитель питается от источника постоянного тока через параметрический стаби-


Рис. 1. Принципиальная схема двухкаскадного усилителя с релейным выходом

лизатор напряжения (стабилитроны VD4, VD5, резистор R6).
лизатор напряжения (стабилитроны У04, УВ5, резистор Кб).
лизатор напряжения (стабилитроны У04, УВ5, резистор Кб).
Схема работает следующим образом. При отсутствии входного сигнала транзистор VT1 открыт и насыщен, а транзистор VT2 закрыт, реле KL обесточено. Открытое состояние транзистора обеспечивается током в цепи базы через резисторы R1 и R3 от источника коллекторного питания Еk. Появление отрицательного входного сигнала (минус на базе транзистора VТ1) не приводит к изменению состояния транзисторов усилителя. При появлении положительного входного сигнала появляется входной ток, уменьшающий ток в цепи базы открытого транзистора VT1. При некотором входном токе транзистор VT1 переходит и режима насыщения в усилительный режим. В усилительном режиме уменьшение тока в цепи базы приводит к уменьшению тока в цепи коллектора транзистора, что приводит к увеличению отрицательного потенциала на базе транзистора VT2 и его отпиранию. В момент переключения транзисторов действует положительная обратная связь (резистор R3). Отпирание транзистора VT2 приводит к уменьшению напряжения на его коллекторе, следовательно, уменьшается ток через резистор RЗ и ток в цепи базы транзистора VT1. Этот процесс ускоряет запирание транзистора VT1, что в свою очередь ускоряет отпирание транзистора VT2, т. е. наступает лавинообразный процесс, приводящий к практически мгновенному насыщению транзистора VT2. Положительная обратная связь обеспечивает релейный эффект. При уменьшении или исчезновении входного тока (сигнала) транзисторы усилителя переключаются в исходное состояние. При запирании транзистор VT2 на катушке реле KL, обладающей индуктивностью, наводится ЭДС самоиндукции, которая, складываясь с напряжением коллекторного питания, может привести к пробою транзистора. Для защиты от наводимых перенапряжений применяется цепочка VD3, R4. Появляющееся перенапряжение открывает диод VD3 и ток реле KL при запирании транзистора VT2 будет уменьшаться постепенно, замыкаясь через цепочку VD3, R4. Напряжение на транзисторе VT2 в этом случае увеличится только на величину падения напряжения на этой цепочке. Постепенное уменьшение тока в катушке KL при запирании транзистора VT2 приводит к увеличению времени возврата реле, что не всегда приемлемо. Для уменьшения времени возврата реле увеличивают сопротивление резистора R4.
2.Изучение программы Electronics Workbench (EWB)

В качестве инструмента исследования рекомендуется использовать программу Electronics Workbench (EWB). Рассматривается версия 5.0 для операционной системы Windows 95/98/Me/NT/2000/XP.
Для запуска программы следует установить курсор на ярлык (рис.1), дважды щелкнуть левой кнопкой мыши (ЛКМ). На экране монитора появится диалоговое окно (рис. 2).
Как видно, программа имеет стандартный оконный интерфейс программы-приложения Windows.

Вверху рабочего окна под титульной строкой расположена строка меню команд. Ниже строки меню расположена панель инструментов. Под панелью инструментов расположена панель библиотеки компонентов и контрольно-измерительных приборов.
При подведении курсора к значкам кнопок панели библиотеки всплывают контекстные подсказки с названием каталога, а после щелчка левой кнопкой мыши (ЛКМ) открывается соответствующее каталогу окно компонентов или контрольно- измерительных приборов.
Ниже приведен перечень используемых каталогов:
1. 13 EMBED Word.Picture.8 1415 Sources – источники сигналов. Содержание компонентов данного поля на нижеприведенной панели, в которой:
13 EMBED PBrush 1415

– заземление (метка);

– источник переменного, синусоидального напряжения;

– источник переменного синусоидального тока.

2. 13 EMBED Word.Picture.8 1415 Basic – поле, в котором собраны все пассивные компоненты, а также коммутационные устройства (см. нижеприведенную панель), где:
13 EMBED Word.Picture.8 1415

– точка соединения (узел);

– резистор (активное сопротивление);

– индуктивность;

– конденсатор (емкость):

– ключ.



3. 13 EMBED Word.Picture.8 1415 Indicators – индикаторные устройства представлены на нижеприведенной панели, в которой:
13 EMBED Word.Picture.8 1415
– вольтметр;

– амперметр.
4. 13 EMBED PBrush 1415 Instruments – контрольно-измерительные и функциональные приборы (см. нижеприведенную панель), где:
13 EMBED PBrush 1415

– функциональный генератор;

– осциллограф.

Схемы состоят из компонентов, являющихся аналогами реальных с различной степенью идеализации. Каждый компонент можно настроить, задав подходящие для конкретного устройства параметры. Делают это в соответствующих данному элементу контекстных окнах настройки.
Окно настройки открывается после двойного щелчка ЛКМ при подведении курсора к его схемному обозначению на рабочем поле.
Окно настройки источника синусоидального напряжения с регулируемой частотой на рис. 3, которое открывается после двойного щелчка ЛКМ по данному компоненту, который можно найти в каталоге 13 EMBED Word.Picture.8 1415 Sources – источники сигналов.
Для настройки компонентов каждое окно настройки имеет вкладки:
Label – вкладка ввода обозначения выделенного компонента;
Value – вкладка изменения номинального значения параметра выделенного компонента;
Fault – вкладка имитации неисправности выделенного компонента путём введения: Leakade – сопротивления утечки, Short – короткого замыкания, Open – обрыва, None –отсутствия неисправности (включено по умолчанию);

Display – вкладка, с помощью которой задается характер вывода на экран обозначений компонента;
Analysis Setup – вкладка, позволяющая установить температуру для каждого компонента индивидуально или использовать номинальное значение, принятое для всей схемы (Use global temperature).
Параметры, задаваемые для виртуальных гармонических источников, являются действующие значения напряжения(Voltag – источник ЭДС) или тока (Current – источник тока), частота (Frequency) и начальная фаза (Phase).
Действующее значение напряжения источника измеряется в вольтах (от микровольт до киловольт). Имеется возможность установки частоты (Frequency) и начальной фазы (Phase). Набор настроек параметров источника переменного напряжения содержится в четырех вкладках диалогового окна.
Окно настройки источника синусоидального тока открывается после двойного щелчка ЛКМ по данному компоненту, который можно найти в каталоге 13 EMBED Word.Picture.8 1415 Sources – источники сигналов. Регулирование параметров проводится по аналогии с источником синусоидального напряжения.
Окно настройки резистивного элемента показано на рис. 4.
Сопротивление резистора измеряется в Омах (от Ом до мега Ом). Набор настроек параметров резистора содержится в пяти вкладках диалогового окна, которое открывается после двойного щелчка ЛКМ по данному компоненту.
Окно настройки индуктивного элемента представлено на рис. 5.

Индуктивность элемента измеряется в генри от (микрогенри до генри). Набор настроек параметров индуктивного элемента содержится в четырех вкладках диалогового окна Inductor Properties (Параметры индуктивного элемента), которое открывается после двойного щелчка ЛКМ по данному компоненту.
Окно настройки параметров конденсатора показано на рис. 6.
Емкость конденсатора измеряется в фарадах (от пикофарад до фарад). Набор настроек параметров конденсатора содержится в четырех вкладках диалогового окна, которое открывается после двойного щелчка ЛКМ по заданному компоненту.
Рассмотрим некоторые контрольно-измерительные приборы.
окно настройки вольтметра (рис. 7), которое открывается после двойного щелчка ЛКМ по данному компоненту, который можно найти в каталоге 13 EMBED Word.Picture.8 1415 Indicators – индикаторные устройства.
Величина внутреннего сопротивления вводится с клавиатуры в строке Resistance, вид измеряемого напряжения (опция Mode) выбирается из списка. При измерении переменного синусоидального напряжения (АС) вольтметр будет показывать действующее значение напряжения.
Окно настройки амперметра (рис. 8), которое открывается после двойного щелчка ЛКМ по данному компоненту, который можно найти в каталоге 13 EMBED Word.Picture.8 1415 Indicators – индикаторные устройства.
Амперметр настраивается по аналогии с вольтметром.
Осциллограф – это прибор, который предназначен для виртуального контроля за формой электрических сигналов и измерения их амплитуды и временных параметров.
Лицевая панель осциллографа, показанная на рис. 9, появляется после двойного щелчка ЛКМ по значку компонента. Лицевая панель позволяет наблюдать форму двух сигналов, поступающих на два входа осциллографа: каналы (CHANNEL) А и В. Регулировка чувствительности осциллографа по вертикали (масштабный множитель по оси Y) устанавливается в главных окнах А и В в диапазоне от 10 мкВ/дел до 5 кВ/дел. Кроме того, можно смещать наблюдаемый сигнал вверх и вниз путем установки нулевого напряжения в окне Y-position.
– выбор режима по входу. Режим АС предназначен только для наблюдения переменного тока. В режиме 0 вход замыкается на землю. В режиме DC (включен по умолчанию) можно проводить исследование как постоянного так и переменного тока.
– выбор режима развертки. Режим Y/T (включен по умолчанию): по вертикали – напряжение сигнала, по горизонтали – время; в режиме B/A: по вертикали – сигнал канала В, по горизонтали – сигнал канала А; в режиме A/B по вертикали – сигнал канала А, по горизонтали – сигнал канал канала В.
В режиме развертки Y/T длительность развертки (масштабный множитель) устанавливается в окне (TIME BASE) и может быть задана в диапазоне от 0,1 нс/дел (ns/div) до 1 с/дел (s/div) с возможностью смещения по горизонтали в окне X-position.
– выбор режима запуска развертки (EDGE) в окне “Ждущий режим” (TRIGGER).
Заземление осциллографа осуществляется с помощью клеммы GRJUND.
Щелчок ЛКМ по клавише Expand (Расширенный) на панели простой модели открывает окно расширенной модели осциллографа (рис. 10).
Расширенная модель осциллографа позволяет удобнее и более точно проводить численный анализ процессов. Панель расширенной модели осциллографа дополнена тремя информационными табло, на которые выводятся результаты измерений. Кроме того, непосредственно под экраном находится линейка прокрутки.
Лицевая панель функционального генератора представлена на рис. 11. Она открывается после двойного щелчка ЛКМ по значку компонента, который можно найти в каталоге Instruments – контрольно-измерительные и функциональные приборы.
В первой строке выбирается форма сигнала, в строке Frequency – частота сигнала (диапазон частот от герц до мегагерц), а в строке Amplitude – амплитуда сигнала в вольтах.
Экспериментальная часть
1). Включите компьютер, на рабочем столе найдите ярлык, изображение которого показано на рис.2 и откройте программу EWB.
2). Используя сведения, изложенные в пункте 2 теоретической части, собрать схему измерительного органа реле защиты, приведенную на рис.1.
.
Рис.12. Схема модели измерительного органа реле защиты в EWB

Содержание отчёта
Найменування і мета лабораторної роботи.
Короткі теоретичні відомості..
Отримане у викладача завдання.
Опис виконання кожного пункту завдання.
Письмові відповіді на контрольні питання.

Контрольні питання
Призначення вимірювального органу реле захисту.
Склад електричної схеми вимірювального органу реле захисту.
Принцип дії електричної схеми вимірювального органу реле захисту за відсутності вхідного сигналу.
Робота схеми за наявності вхідного сигналу.
Дати характеристику рядка команд в програмному середовищі EWB.
Охарактеризувати панель інструментів програмного середовища EWB.
Охарактеризувати панель бібліотеки компонентів програмного середовища EWB.
Дати характеристику переліку використовуваних каталогів програмного середовища EWB.
Пояснити порядок збірки схеми в EWB/

Появление отрицательного входного сигнала (минус на базе транзистора УТ1) не приводит к изменению состояния транзисторов усилителя.

Появление отрицательного входного сигнала (минус на базе транзистора УТ1) не приводит к изменению состояния транзисторов усилителя.









Методические указания
к выполнению лабораторных работ по дисциплине
Проектирование электрических и электронных аппаратов

Составитель
Варенов Александр Андреевич


Кафедра теоретических основ электротехники КГЭУ

Редактор издательского отдела
Компьютерная верстка
Подписано в печать
Формат 60(84/16. Бумага «Business». Гарнитура «Times». Вид печати РОМ.
Усл. печ. л.. Уч.-изд. л.. Тираж экз. Заказ №

Издательство КГЭУ 420066, Казань, Красносельская, 51
Типография КГЭУ 420066, Казань, Красносельская, 51


























































Строка меню команд

Панель инструментов

Панель библиотеки компонентов

Рис. 2

13 EMBED Package 1415

Рис. 1

13 EMBED PBrush 1415

Рис. 3

13 EMBED PBrush 1415

Рис. 5



13 EMBED PBrush 1415

Рис. 7

13 EMBED PBrush 1415

Рис. 6

13 EMBED PBrush 1415

Рис. 8

Рис. 9

Рис. 10

Рис. 11

Рис. 4

13 EMBED PBrush 1415



Рисунок 1;4>?:42<:6269:W;3??61?1;39:W;3?>61'9;JJ934?>?'22:492;>;44 15Times New Roman34 лаб34 лаб

Приложенные файлы

  • doc 11404451
    Размер файла: 4 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий