Электротехника

Содержат описание выполнения лабораторной работы по дисциплине «Регулируемый электропривод» Методические указания составлены с использованием материалов, предоставленных заводом-изготовителем стенда НТЦ-07.25 «Основы электропривода и преобразовательной техники с МПСУ».

Систематически изложен лабораторный курс «Источники вторичного электропитания», который охватывает основные типы линейных и импульсных однотактных источников питания. Приведено описание девяти лабораторных работ. Для каждой работы даны: теоретическое введение с изложением физического принципа работы изучаемой схемы; краткий вывод и строгое обоснование основных рабочих формул с указанием границ их применимости; описание экспериментальной установки; программа работы и методические рекомендации по обработке результатов; список контрольных вопросов и рекомендованной для самостоятельного изучения литературы. Каждая работа сопровождается подробным теоретическим материалом в форме конспективного изложения основных разделов лекций, поэтому данное пособие может быть полезно студентам при подготовке к экзамену по теоретическому курсу.

В учебно-методическом пособии приводятся методики оценки физико-химических свойств материалов: определение плотности и пористости материалов, изготавливаемых методами порошковой металлургии, измерение удельного электросопротивления материалов, измерение удельной электропроводимости растворов электролитов, исследование скорости электрохимической коррозии, получение гальванических покрытий.

В издании даны описания пяти лабораторных работ, позволяющих экспериментально пронаблюдать преобразование детерминированных сигналов в нелинейных радиотехнических цепях и проверить методы математического описания этих преобразований. В практикуме приведены порядок выполнения работ, требования к оформлению отчетов, рекомендации по подготовке к работам, а также расчетную часть. Приведены основные расчетные соотношения.

Учебно-методическое пособие содержит краткое описание методики измерения полевых и импедансных характеристик антенн. Приведены схемы измерений. Рассмотрены особенности снятия диаграмм направленности, измерения коэффициента усиления, исследования поляризационных свойств формируемого антенной поля. Изложены методики измерения коэффициента стоячей волны на входе антенны, коэффициента отражения и комплексного входного сопротивления.

Кратко изложено описание процессов рассеяния и поглощения при взаимодействии электромагнитного излучения оптического диапозона с различными средами. Приведены основные расчетные формулы. Рассмотрены применения результатов решения прямых и обратных задач светорассеяния в медицине и биологии. Дана методика измерения индикатрис рассеяния с применением волоконно-оптических датчиков.

Кратко изложены основные принципы работы лазеров, дан обзор их возможных медицинских применений, приведены сведения из теории полупроводниковых лазеров. Рассмотрены перспективы применений полупроводниковых и волоконных лазеров в медицине ближайшего будущего, их преимущества (высокий КПД, надежность, многофункциональность, малогабаритность, экономичность, электробезопасность и т.д.). Практическая часть посвящена исследованию геометрии пучка излучения лазерного терапевтического аппарата типа «Узор» и волоконно-диодного модуля ДЛ-l. Предложена методика измерения поперечных размеров излучающей площадки полупроводникового активного элемента и числовой апертуры волоконного световода. Даны контрольные вопросы для закрепления знаний и навыков,полученных в процессе выполнения лабораторной работы. Приведен список литературы для более углубленного изучения затронутых вопросов.

Содержат теоретические сведения, необходимые для изучения основных схем асинхронных и синхронных триггеров в статическом режиме. Знакомят с функциональными возможностями триггеров, разными способами хранения информации в них. Рассматривают логику функционирования триггеров с раздельной установкой состояния 1 и 0 (RS-триггеры); счетным входом (T -триггеры); приемом информации по одному входу (D-триггеры); универсальные триггеры с раздельной установкой состояния 0 и 1 (JK-триггеры).

Знакомят с основными логическими элементами и их функциональными возможностями для построения сложных устройств. Рассмотрены простейшие основные (базовые) логические элементы, реализующие логические функции на элементах комбинационного типа.

Методические указания посвящены вопросам моделирования и анализа радиотехнических устройств на примере усилителя низких частот с использованием программно-аппаратной платформы Advanced Design System (ADS) фирмы Agilent Technologies. Рассмотрены основные вопросы создания и редактирования проектов, моделирования и отображения результатов в ADS.

Изложены краткие теоретические сведения по теории переходных процессов с одним и с двумя накопителями энергии. Приведен порядок выполнения лабораторной работы.

Представлены математический пакет МАTLAВ и его приложения для визуального моделирования силовых электрических устройств. На примере однофазной однополупериодной схемы выпрямления рассмотрены принципы построения моделей тиристорных преобразователей. Показаны особенности работы многофазных преобразователей в выпрямительном и инверторном режимах с нагрузкой в виде якорной цепи двигателей постоянного тока, а также построенных на их основе непосредственных преобразователей частоты для управления асинхронными двигателями. Приведены основные теоретические сведения по указанным разделам курсов и задание для выполнения работы.

Приведены описание и методика выполнения двух лабораторных работ, связанных с измерениями характеристик (цепей с сосредоточенными параметрами. На примере измерения сопротивления резисторов, емкости конденсаторов и индуктивности дросселей приведена оценка возможностей двух методов измерений: мостового и резонансного. Особенностью работ является подробное изучение применяемых приборов и анализ точности полученных результатов.

Рассмотрены основные области применения, конструктивные особенности и эксплуатационные характеристики импульсных ксеноновых ламп, инженерные методы расчета параметров электротехнического контура ламп, термодинамических, переносных и оптических свойств низкотемпературной неидеальной ксеноновой плазмы и спектрально-яркостных характеристик. Даны рекомендации по выбору оптимальных режимов работы импульсных трубчатых ламп и примеры расчета параметров плазмы и рабочих характеристик ламп, применяемых для решения практических задач.

Рассмотрены основные методы расчета трехфазных электрических цепей и порядок построения векторных диаграмм. Дано краткое описание лабораторного стенда. Приведен порядок выполнения работы.

Рассмотрены основные методы регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока и методы его торможения, приведены соответствующие схемы включения, формулы, необходимые для расчета исследуемых характеристик двигателей, выпускаемых в настоящее время промышленностью.

Методические указания содержат основные теоретические сведения, необходимые для понимания работы регистров, и знакомят с основными способами кодирования информации цифровыми сигналами, а также с алгоритмами сложения и вычитания чисел.

Содержат основные теоретические сведения, необходимые для понимания, анализа работы счетчиков и дешифраторов. Рассмотрено целевое назначение счетчиков, простых и реверсивных.

В методических указаниях представлена лабораторная работа, в процессе которой проводится исследование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором; экспериментально определяются основные технические данные двигателя; рассмотрены устройство, принцип действия, характеристики двигателя.

Рассмотрены способы управления электроприводом переменного тока с помощью преобразователя частоты и программируемого логического контроллера. Исследованы системы управления скоростью и положением ротора электродвигателя. В результате моделирования выявлено влияние структуры регуляторов скорости и положения, а также их настроек на качество управления. Даны экспериментальные подтверждения результатов моделирования, а также оценка степени соответствия выбранной математической модели реальному приводу.

В методических указаниях описано исследование основных свойств двигателя постоянного тока параллельного возбуждения, его устройство, принцип действия, характеристики и способы регулирования частоты вращения.

Рассмотрены режимы работы двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением при пуске и торможении, а также его рабочие характеристики в условиях изменяющихся параметров цепи управления. Приведены справочные данные о двигателях.

В методических указаниях описаны основные свойства линейных электрических цепей синусоидального тока, а также порядок исследования режимов резонанса напряжений и токов.

В методических указаниях рассмотрена методика определения основных параметров источников энергии постоянного тока и режимов их работы в неразветвленных и разветвленных электрических цепях.

В методических указаниях даны необходимые теоретические сведения, задания, порядок выполнения работы, электрические схемы, таблицы для записи экспериментальных и расчетных значений требуемых величин.

Рассмотрены рупорная и диэлектрическая стержневая антенны и их основные характеристики. Описан метод измерения коэффициента усиления антенны с использованием плоского проводящего экрана, приведена схема лабораторной установки.

Рассмотрены основные методы регулирования частоты вращения асинхронного двигателя и его торможения, приведены схемы включения и формулы, необходимые для расчета исследуемых характеристик выпускаемых промышленностью двигателей.

Рассмотрены схемы построения передающей и приемной активных фазированных антенных решеток (АФАР) и их модулей. Описана методика расчета энергетического потенциала АФАР, а также способы формирования диаграмм направленности и управления ими, измерения основных характеристик АФАР. Приведены схемы лабораторных установок.

Рассмотрены схемы управляемых и неуправляемых выпрямителей. Представлены электрические схемы исследуемых устройств, таблицы для экспериментальных данных и расчетные формулы.

Приведены необходимые теоретические сведения об оптимальных обнаружителях и различителях сигналов корреляционного типа, описана лабораторная установка для экспериментального исследования корреляционного приемника.

В работе исследованы основные характеристики и параметры асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при частотном регулировании. Сформулированы задания, контрольные вопросы, содержание отчета, дано описание лабораторного стенда. Для студентов 3-4 курсов факультетов СМ, РК, Э и МТ.

Исследовано функционирование защитного зануления электропотребителей, питающихся от трехфазных пятипроводных сетей с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ. Рассмотрено назначение РЕ-проводника сети, заземления нейтрали источника тока, повторного заземления РЕ-проводника и их влияние на условия безопасности при косвенном прикосновении к зануленным частям электрооборудования, случайно оказавшимся под напряжением в результате замыкания на них фазы сети.

Дана методика исследования опасности поражения человека током в трехфазной электрической сети. Для студентов всех специальностей МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Рассмотрен порядок исследования и оценки электробезопасности при работе человека с ручной электрической машиной.

Изложен материал по лабораторной работе «Измерение температуры термопреобразователем сопротивления в комплекте со вторичным прибором». Приведено описание экспериментальной установки, даны краткие теоретические положения по изучаемой теме, изложен порядок проведения работы.

Целью диссертационной работы является исследование возможных путей повышения точности МО в системах мобильной связи классическими методами радиопеленгации: угломерным и дальномерным в условиях воздействия многолучевости, а также минимизация погрешностей, обусловленных особенностями применяемых методов МО. В частности, предлагается повышать точность позиционирования за счет использования высокоподнятой приемной антенны. Под высокоподнятой антенной (ВПА) понимается антенная система, поднятая на высоту, много большую, чем высота городской застройки. Такую систему можно реализовать с помощью привязного аэростата, аэрозонда или высотного дирижабля. Погрешность определения азимутов при использовании угломерного метода МО предлагается уменьшать применением адаптивных сферических антенных решеток. Ошибку временной синхронизации при использовании дальномерного метода предлагается оценивать и минимизировать с помощью фильтра Калмана.

Приведены результаты исследования разработанных авторами схемотехнических и математических моделей полупроводниковых преобразователей, содержащих согласующие трансформаторы с пульсирующими и вращающимися магнитными полями. Схемотехнические модели выпрямителей и инверторов, построенные на базе трансформаторов с вращающимися магнитными полями, разработаны в программной среде Micro-Cap и Matlab. Выполнены исследования спектральных составов питающих и выходных токов и напряжений преобразователей и установлены связи между качеством выходных токов и напряжений и числом пар силовых ключей коммутаторов, сделаны выводы об эффективности преобразователей с разным числом пар силовых ключей. Математическая модель выпрямителя на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем разработана в программной среде MatLab-Simulink и предназначена для исследования динамических режимов работы преобразователя нового типа.

Шумоподобные сигналы широко применяются для передачи полезной информации и обеспечения синхронизации. Представляет интерес разработка метода декодирования широкого класса шумоподобных сигналов, формируемых комбинированием нескольких исходных компонентных М-последовательностей по тому или иному правилу. Проведенные исследования основаны на положениях теории полей Галуа и на структурных свойствах шумоподобных сигналов. Показано, что разложение комбинированных кодовых последовательностей на компоненты возможно путем решения системы уравнений, связывающих между собой координаты элементов поля Галуа и входные символы декодируемой кодовой последовательности.

Определена оптимальная с позиции расхода энергии траектория управляемого движения электрически заряженных масс в электромагнитном пространстве, что позволяет расширить имеющиеся представления о возможных оптимальных перемещениях в гравитационных и электромагнитных полях и закладывает математические основы для реализации в будущем сверхдальних и сверхбыстрых полетов в космосе.

Предложен метод имитации псевдослучайных сигналов с энергетическими характеристиками, инвариантными к обобщенному временному сдвигу в системах счисления с переменным основанием, использующий каноническое и спектральное представления случайных процессов в базисе обобщенных функций Крестенсона и приводящий к эффективным алгоритмам имитации различной вычислительной сложности.

Приведены исследования характера переходных процессов при управлении инерционными объектами с запаздыванием. Экспериментально определены параметры переходных процессов и степень их влияния на величину инерционного роста регулируемой величины при воздействии на объект одиночным импульсным сигналом. Предложена зависимость для определения величины инерционного роста от выявленных параметров.

Описана цифровая система фазовой синхронизации с равномерной дискретизацией и аналогово-цифровым преобразованием до петли фазовой автоподстройки. На основе метода D-разбиения определены области асимптотической устойчивости рассматриваемой системы третьего порядка. Выявлены области значений параметров k[1], k[2], k[3], при которых все корни характеристического уравнения линейного приближения рассматриваемой дискретной нелинейной системы на комплексной плоскости находятся внутри единичной окружности.

Изучено влияние нагрузки на гармонический состав тока и напряжения в основной сети электроснабжения. Выявлены источники, которые вызывают искажение кривых тока и напряжения, и получены соответствующие гармонические спектры.

Предложен метод расчета операционных усилителей на основе использования топологических графов, что позволяет резко сократить объем вычислений за счет перехода от принципиальных электрических схем узлов средств измерений непосредственно к графам и к функциям преобразования.

Проведено исследование погрешностей селектора октантов, входящего в структуру АЦП сигналов синусно-косинусного вращающегося трансформатора. Изложены основные принципы и особенности работы селектора октантов. Получены и представлены аналитические зависимости погрешностей. Даны рекомендации по использованию данных зависимостей при метрологическом обеспечении производства. Предложен способ повышения точности работы селектора октантов.

Рассмотрены тензопреобразователи давления на основе керамики и полупроводникового чувствительного элемента со структурой кремний на сапфире. Проведены исследования нелинейности и вариации выходного сигнала, температурного дрейфа керамических преобразователей с использованием различных видов керамики. Температурная погрешность керамических тензопреобразователей оказалась существенно ниже, чем у серийно выпускаемых преобразователей давления, а точности керамических и серийно выпускаемых тензопреобразователей сравнимы.

Рассматриваются вопросы измерения частоты сетевого напряжения по трем мгновенным значениям при наличии высших гармоник. Построена модель измерения частоты сетевого напряжения в системе MathLab. Сделаны выводы о возможности применения метода на практике.

На основе метода D-разбиения, модернизированного применительно к анализу дискретных систем, получены и проанализированы общие условия асимптотической устойчивости дискретных систем синхронизации (N+2) -го порядка, в которых моменты выделения сигнала, содержащего информацию о разности фаз, и формирования на его основе выходного сигнала фазового дискриминатора разделены интервалом времени (задержкой) длительностью в N тактов дискретизации.

Рассмотрены вопросы развития и современного состояния энергетики возобновляемых источников, проанализированы причины бурного роста мощности установок на основе ВИЭ, особенно ветровой и солнечной энергии. Детально проанализирован опыт законотворческой работы по поддержке развития ВИЭ и меры, принимаемые в России. Даются технические схемы и установки по использованию отдельных видов возобновляемой энергии, методики определения их параметров. Учитывая случайно-детерминированный характер прихода энергии ВИЭ, для создания надежной системы энергоснабжения дается классификация видов и методы аккумулирования, а также методы комплексного использования энергии ВИЭ. Подробно рассмотрены наиболее эффективные методы аккумулирования с использованием принципов гидравлического аккумулирования энергии ВИЭ.

Кривые силы света (КСС) светодиодов можно разделить на две обширные группы: КСС ламбертовского типа и КСС в форме крыла летучей мыши. Каждая из этих групп имеет свои собственные характерные особенности и достоинства. Считая каждый отдельный светодиод (СД) точечным источником света с КСС в форме крыла летучей мыши, мы в первом приближении проанализировали светильники, содержащие по несколько расположенных на плоской поверхности СД и предназначенные для требующих равномерной освещенности областей применения, таких как общее освещение. Посредством моделирования и проведенных в первом приближении расчетов мы проанализировали влияние, оказываемое на равномерность освещенности несколькими определяющими форму крыла летучей мыши параметрами (характерный угол, отношение силы света в направлении оптической оси к силе света в направлении характерного угла), и получили оптимизированные с точки зрения обеспечения равномерного общего освещения параметры крыла летучей мыши, причем за основу были взяты высота подвеса светильника с СД и расстояние между СД при различном расположении СД в светильниках (линейные светильники, кольцевые светильники, матричные светильники и т. д. ).