Реферат ТАУ. Исполнительные механизмы в системах управления
 Скачать 45.08 Kb.
|
Липецкий государственный технический университетФакультет автоматизации и информатики Кафедра электрооборудования Реферат по дисциплине "Теория автоматического управления" Тема: «Исполнительные механизмы в системах управления» Студент группы ЗС-ЭО-20-1 Руководитель Доцент, к. т. н Волгин А.А. подпись, дата фамилия, инициалы Бурлаков А.В. должность подпись, дата фамилия, инициалы Липецк 2022 г. План Введение Глава первая: Общие представления об электрических исполнительных механизмах. 1. Исполнительные механизмы как силовое устройство перемещения рабочего органа. 2. Исполнительный механизм как элемент системы автоматического регулирования Глава вторая: Исполнительные механизмы с контактным управлением. 1.Электромагнитные исполнительные механизмы 2.Многооборотные исполнительные механизмы 3.Схемы управления многооборотными исполнительными механизмами 4. Колонки дистанционного управления Глава третья: Бесконтактные исполнительные механизмы постоянной скорости 1. Общие сведения 2. Элементы бесконтактных исполнительных механизмов 2.1. Электродвигатели 2.2. Усилители 2.3. Тормозные устройства 2.4. Датчики обратной связи 2.5. Редукторы 2.6. Ручные приводы Заключение Список используемой литературы Введение Технический прогресс народного хозяйства и темпы развития общественного производства в значительной мере определяются уровнем развития автоматизации производственных процессов. Э то явилось причиной широкого развития в последние годы средств автоматического регулирования и управления. Вместе с тем до сего времени ещё продолжается выпуск ряда изделий, в целом уже не соответствующих полностью современным требованиям и имеющих индивидуальные технические и эксплуатационные свойства и конструктивные особенности. В настоящее время в технике автоматизации используется довольно большое количество разнообразных исполнительных механизмов, предназначенных для управления рабочими органами в системах автоматического регулирования или дистанционного управления. Все исполнительные механизмы, отличающиеся друг от друга принципом действия, техническими и эксплуатационными качествами и конструктивными особенностями, по роду используемой энергии делятся на электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные. Современная тенденция в развитии электрических исполнительных механизмов состоит в создании и более широком внедрении в практику автоматизации производственных процессов бесконтактных исполнительных механизмов, наиболее полно отвечающих возрастающим требованиям улучшения качества работы систем автоматического управления и, главное, повышения надёжности систем управления. Целями и задачами данной работы является: Дать определения исполнительных механизмов. Описать их конструкцию. Описать основные комплектующие исполнительных механизмов. Описать принцип работы исполнительных механизмах в системах управления. Глава первая: Общие представления об электрических исполнительных механизмах. 1. Исполнительные механизмы как силовое устройство перемещения рабочего органа. Исполнительным механизмом в системах управления обычно называют устройство, предназначенное для перемещения рабочего органа в соответствии с сигналами, поступающими от управляющего устройства. Рабочими органами могут быть различного рода дроссельные заслонки, клапана, задвижки, шиберы, направляющие аппараты и другие, регулирующие и запорные органы, способные производить изменение количества энергии или рабочего вещества, поступающего в объект управления. При этом перемещение рабочих органов может быть как поступательным, так и вращательным в пределах одного или нескольких оборотов. Следовательно, исполнительный механизм с помощью рабочего органа осуществляет непосредственное взаимодействие на управляемый объект. В общем случае исполнительный механизм состоит из электропривода, редуктора, узла обратной связи, датчика указателя положения выходного элемента и конечных выключателей. Основные показатели, характеризующие исполнительные механизмы как силовые устройства перемещения рабочих органов: номинальный момент и пусковой момент. Номинальный момент – это величина момента сопротивления или усилия, которые исполнительный механизм может преодолевать при номинальном значении управляющего сигнала. Пусковой момент – это максимальное значение крутящего момента или усилия, развиваемого исполнительным механизмом в момент включения под действием номинальной величины управляющего сигнала. Для уменьшения времени разгона пусковой момент исполнительного механизма обычно в 2 – 2,5 раза превышает номинальный момент. Характеристикой исполнительного механизма как усилителя мощности может служить коэффициент усиления мощности, представляющий отношение максимальной полезной мощности на его выходном устройстве к мощности управляющего сигнала. Сравнительная оценка исполнительных механизмов с точки зрения работоспособности может производиться по следующим показателям, определяющим их эксплуатационную пригодность: безотказность, полный технический ресурс, гарантированный срок службы, ремонтопригодность, общая надёжность и коэффициент технического использования. К числу экономических показателей исполнительного механизма относятся: стоимость исполнительного механизма и его запасных частей, коммерческий гарантийный срок, металлоёмкость. Следует отметить, что в технических характеристиках исполнительных механизмов, сообщаемых заводами-изготовителями потребителям, крайне редко приводятся количественные данные показателей, характеризующих эксплуатационные качества исполнительных механизмов различных типов. 2. Исполнительный механизм как элемент системы автоматического регулирования Система автоматического регулирования (САР), предназначенная для поддержания на определённом уровне или изменения по определённой программе какой-либо физической величины, представляет собой цепь взаимосвязанных звеньев, соединенных с регулируемым объектом. В общем случае САР состоит из собственно регулируемого объекта и задающего, регулирующего и исполнительного устройства, каждое из которых выполняет самостоятельные функции. В задающем устройстве, состоящем из измерительного элемента, задатчика и элемента сравнения, происходят сравнение регулируемой величины с её заданным значением и выработку сигнала, пропорционального их разности. В регулирующем устройстве этот сигнал преобразуется по заданному закону и за счёт энергии внешнего источника усиливается по мощности до уровня, необходимого для управления исполнительным устройством. Исполнительный механизм, работающий в системе автоматического регулирования, должен обеспечивать перемещение регулирующего органа с возможно меньшими искажениями законов регулирования, формируемых им совместно с регулирующим устройством. Глава вторая: Исполнительные механизмы с контактным управлением. 1. Электромагнитные исполнительные механизмы В системах автоматического регулирования и управления позиционного действия довольно широкое распространение в качестве исполнительного механизма получили электромагнитные приводы, преобразующие энергию электрического тока в поступательное движение рабочего органа. Такие приводы, представляющие собой прямоходовой электромагнит с втягивающимся якорем, называют ещё соленоидные. Характерной особенностью соленоидных исполнительных устройств является их способность работать в системах позиционного регулирования или управления. Это объясняется тем, что регулирующий орган может находиться только в двух конечных положениях, соответствующих двум возможным положениям сердечника электромагнита. Принципиально возможно создание многопозиционного соленоидного исполнительного механизма. Однако решение этой задачи сопряжено со значительными конструктивными трудностями, поэтому широкого распространения многопозиционные соленоидные приводы не получили. Электромагнитные исполнительные механизмы по сравнению с электродвигательными отличаются простотой конструкции и схем управления, меньшими весом и размерами и значительно меньшей стоимостью. Благодаря отсутствию редуктора они более надёжны в эксплуатации. Тем не менее, область применения электромагнитных исполнительных механизмов невелика. Она ограничивается не только двухпозиционным характером их действия, но также и размерами и весом регулирующих органов, ибо для создания необходимого усилия для перемещения большого и тяжёлого рабочего органа приходится значительно увеличивать рабочий ток катушек соленоида. В результате такие устройства становятся громоздкими и невыгодными. Известно что тяговое усилие электромагнита пропорционально квадрату намагничивающей силы, а следовательно, и квадрату тока, протекающего по его обмотке. Поэтому электромагнитный привод может работать при питании его обмоток как постоянным, так и переменным током. Однако электромагниты переменного тока в общем случае имеют значительно худшие параметры, чем электромагниты постоянного тока, поскольку при одинаковых размерах развивают меньшее тяговое усилие, обладают меньшей чувствительностью и значительно худшей стабильностью параметров, а также конструктивно сложнее и дороже из-за необходимости иметь шихтованный магнитопровод. Однако для возможности использования в системах автоматического управления и регулирования производственными процессами переменного тока, применяемого на промышленных предприятиях значительно шире, чем постоянный ток, электромагнитные исполнительные устройства изготавливаются для работы, как на постоянном, так и на переменном токе. При этом на переменном токе широко используются соленоидные приводы постоянного тока со встроенными в цепи питания выпрямителями. 2.Многооборотные исполнительные механизмы Автоматизация очень многих производственных процессов связана с необходимостью быстро и надёжно управлять различными запорными и регулирующими рабочими органами с винтовым шпинделем, требующими для своего перемещения более одного оборота шпинделя. К таким рабочим органам в первую очередь относится разнообразная многооборотная трубопроводная арматура: запорные и регулирующие задвижки, вентили, клапан, заслонки и т.п. Условия работы трубопроводной арматуры часто бывают довольно тяжёлыми. Рабочие органы нередко располагаются в трудно доступных или совсем недоступных местах, что затрудняет их обслуживание. Часть рабочих органов может использоваться весьма редко и притом нерегулярно. Однако арматура всегда должна быть полностью исправна и готова к действию в любой момент. Запорные органы, кроме того, должны всегда обеспечивать необходимую плотность закрытия рабочей линии. Все эти специфические особенности работы запорных и регулирующих органов в производственных условиях, естественно, обусловливают определённые требования к исполнительным механизмам, приводящим в действие эти рабочие органа. В качестве исполнительных механизмов для управления многооборотными запорными и регулирующими рабочими органами наиболее широкое применение получили электромеханические приводы, состоящие из электродвигателя, понижающего механического редуктора и ряда дополнительных узлов. В настоящее время разработан и производится целый ряд многооборотных электрических исполнительных механизмов с постоянной скоростью выходного вала. Несмотря на конструктивные и схемные различия, все эти исполнительные механизмы в общем случае позволяют производить: Дистанционный или автоматический пуск электропривода с помощью пусковых кнопок «закрыть» и «открыть» или посредством контактов блокированных реле. Остановку электропривода в любом промежуточном положении рабочего органа с помощью кнопки «стоп» или соответствующих контактов блокированных реле. Автоматическую остановку электропривода при чрезмерном возрастании крутящего момента, что возможно при отказе путевых выключателей или заедании подвижных частей привода или рабочего органа. Дистанционную световую сигнализацию крайних положений рабочего органа. Местное определение положения рабочего органа в данный момент с помощью стрелочного указателя, имеющегося на коробке путевых выключателей. Дистанционное показание любого промежуточного положения рабочего органа с помощью указателя положения, датчик которого может быть установлен на коробке путевых выключателей. Электрическую блокировку данного электропривода с другими механизмами и агрегатами. Ручное управление электроприводом при помощи маховика на случай временного прекращения подачи электроэнергии. Следует отметить, что в большинстве своём многообразные исполнительные механизмы являются устройствами позиционного действия, и только исполнительные механизмы, снабжённые датчиком обратной связи по положению выходного вала, могут быть использованы в автоматических системах, обеспечивающих законы регулирования. 3.Схемы управления многооборотными исполнительными механизмами При всём разнообразии условий работы многооборотных исполнительных механизмов электрические схемы управления этими механизмами должны удовлетворять в общем случае следующим основным техническим требованиям: Питание силовых цепей и цепей управления должно осуществляться от сети трёхфазного тока напряжением 380/220В. Схемы должны иметь защиту от перегрузок и от коротких замыканий в силовых цепях электропривода, а так же в цепях управления и сигнализации. При выполнении схем управления и сигнализации контакты аппаратов управления, конечных выключателей, блокированные цепи, блок-контакты магнитных пускателей и другие должны включаться со стороны фазы, а катушки пускателя присоединяться к нулевому проводу. Такое построение схем предотвращает их ложную работу при появлении «земли» в цепях управления. Схема управления запорным устройством должна обеспечивать возможность как дистанционного управления со щита или с места, так и автоматического управления по команде от устройства регулирования или блокирования. Схема управления регулирующим устройством должна обеспечивать движение последнего только во время действий импульса дистанционного или автоматического управления. Схема управления должна исключать возможность одновременной подачи командных импульсов от устройств дистанционного и автоматического управления, а также возможность подачи питания на одну из катушек реверсивного магнитного пускателя при обтекании током второй катушки. Схемы управления из двух и более мест должны быть построены таким образом, чтобы была исключена возможность одновременного управления одним устройством из разных пунктов. Желательно, чтобы схема управления обеспечивала возможность остановки электропривода запорного устройства в любом промежуточном положении, а также возможность последующей посылки команды, как на открытие, так и на закрытие. Нормально остановка электродвигателя привода запорного устройства в положении полного открытия или закрытия должна осуществляться с помощью конечных включателей, разрывающих цепь питания соответствующей катушки реверсивного магнитного пускателя. Как при ручном, так и при автоматическом управлении, рассматриваемые схемы должны иметь нулевую защиту При наименьшем количестве сигнальных ламп схема сигнализации положения запорного устройства должна показывать наибольшее количество его состояний. Схема контроля состояния регулирующего устройства должна непрерывно фиксировать его положение. Схемы управления должны быть построены так, чтобы для их реализации требовалось наименьшее количество аппаратуры, кабели с наименьшим возможным количеством жил и конечные выключатели с наименьшим количеством контактов. Необходимо отметить, что перечисленные требования к составлению схем управления запорными и регулирующими устройствами не являются исчерпывающими. Особенности работы указанных аппаратов в условиях определённой технологической схемы уточняют дополнительные. 4. Колонки дистанционного управления В системах автоматического регулирования различных тепловых процессов находят широкое применение исполнительные механизмы, называемые колонками дистанционного управления (КДУ). Которые работают в комплексе с электронными регулирующими пропорционально-интегральными приборами с контактным и бесконтактным выходами типа РПИК и РПИБ. Кроме того, КДУ успешно используются в качестве исполнительных механизмов в системах дистанционного управления такими регулирующими органами, как направляющие аппараты, поворотные шиберы, заслонки и т.п. Исполнительный механизм дистанционного управления типа КДУ представляет собой силовое устройство для перемещения регулирующего органа и состоит из корпуса колонки и электродвигателя с червячным редуктором (серводвигателя). На рисунке ниже показана колонка дистанционного управления КДУ с серводвигателем РМ. Управление исполнительным механизмом производится при помощи реверсивного магнитного пускателя, обеспечивающего возможность включения электродвигателя с требуемым направлением вращения. Электродвигатель через сочленённый с ним редуктор, кривошип, сидящий на выходном валу редуктора, и соединительные тяги перемещает регулирующий орган. В крайних положениях регулирующего органа, соответствующих полному открытию или закрытию, цепи управляющих катушек магнитного пускателя разрываются конечными выключателями, встроенными в корпус колонки и кинематически связанными с валом редуктора. Предельный угол поворота выходного вала исполнительного механизма составляет 90˚. Для уменьшения выбега выходного вала по инерции после отключения электродвигателя исполнительные механизмы дистанционного управления, помимо фрикционного тормоза, расположенного на конце червячного вала первой степени редуктора, снабжаются электрическим конденсаторным тормозом: для серводвигателей малой модели – типа ТЭК-30/60, а для серводвигателей большой модели – типа ТЭК-60/150. Все колонки дистанционного управления независимо от типа снабжены маховикам ручного управления, которые позволяют вращать вручную выходной вал редуктора, и связанный с ним регулирующий оран. Способ сочленения выходного вала механизма дистанционного управления с регулирующим органом определяется в каждом конкретном случае в зависимости от местных условий: конструкции регулирующего органа, его местоположения и т.п. Обычно для этой цели используются металлические тяги, штанги или стальные тросы. Это даёт возможность дистанционно управлять и такими регулирующими органами, непосредственный доступ к которым затруднён. Механизмы дистанционного управления типа КДУ предназначены для работы в закрытом помещении при температуре окружающего воздуха от 0 до +50˚С и его относительной влажности до 80%. Питание колонок осуществляется переменным током промышленной частоты напряжением 220/380 В. Глава третья: Бесконтактные исполнительные механизмы постоянной скорости 1. Общие сведения Задача повышения эксплуатационной надёжности систем автоматического регулирования не может быть полностью решена при сохранении в своей основе принципа контактного управления исполнительным устройством. Основной причиной отказов в работе электрических исполнительных механизмов с контактным управлением являются те или иные виды отказов в срабатывании их контактных управляющих устройств. Как уже отмечалось, это связано с тем, что большую часть своего рабочего времени исполнительные механизмы находятся в переходных режимах, в течении которых нагрузки именно на управляющие устройства оказываются наиболее критическими. Процесс управления исполнительным механизмом часто связан с большим числом пусков и остановок или изменений величины и знака управляющего сигнала. Так, в системе автоматического регулирования с импульсным управлением необходимо обеспечение очень большого (до 5 млн.) числа срабатываний элементов управления за период между их профилактическими осмотрами и до 20 млн. срабатываний за период гарантийного безремонтного срока службы исполнительных устройств. При наличии контактного управления эти требования оказываются почти невыполнимыми. Условия работы этих устройств ухудшаются ещё и тем, что длительность управляющего импульса в некоторых режимах настройки регулирующего прибора оказывается соизмеримой или равной времени врабатывания самого силового контактного пускового устройства. В этих условиях подгорание контактов или залипание подвижных систем становится обычным явлением, и только ценой очень больших затрат от применения специальных устройств, конструкций и материалов удаётся уменьшить, но не исключить эти явления. В связи с этим в основу высоконадёжных исполнительных механизмов современных систем регулирования была положена их бесконтактность. В настоящее время на многих предприятиях страны работают системы регулирования, в которых использованы бесконтактные исполнительные устройства, и уже накоплен некоторый опыт их создания и эксплуатации. Основными звеньями электромеханических исполнительных устройств, по каналам которых проходит командный сигнал, являются электрический усилитель мощности, электродвигатель и механический редуктор. К ним добавляются ещё устройства, осуществляющие иногда обратную связь по положению выходного органа исполнительного механизма с регулирующим прибором. Полностью бесконтактным или вообще бесконтактным электромеханическим может быть названо такое исполнительное устройство, все перечисленные звенья которого не содержат в электрических цепях размыкаемых или скользящих контактов. В качестве достаточно надёжных бесконтактных усилителей мощности могут быть применены полупроводниковые или магнитные усилители. Большой надёжностью и стабильностью характеристик обладают магнитные усилители. Силовые полупроводниковые приборы дороги и недостаточно проверены в длительной эксплуатации в условиях работы систем регулирования. Промышленные управляющие усилители на основе полупроводниковых элементов и прежде всего управляемых кремниевых вентилей находятся в стадии разработки и освоения. В настоящее же время основным типом усилителя в диапазоне мощностей приводов, используемых в исполнительных механизмах, можно считать магнитный усилитель. Основным элементом электрического исполнительного механизма является электродвигатель, управляемый от бесконтактного усилителя, имеющего ограниченную мощность. Эти два звена в цепи регулирования – усилитель и электродвигатель, обладая при использовании магнитных усилителей высокой надёжностью, затрудняют получение хороших динамических свойств механизма. 2. Элементы бесконтактных исполнительных механизмов 2.1. Электродвигатели В электрических исполнительных механизмах постоянной скорости до сих пор в основном применялись асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором обычно серии АОЛ, что обусловливалось их относительной простотой и высокой надёжностью. Питание двигателей осуществлялось от стандартной сети трёхфазного переменного тока. И только в некоторых типах механизмов в качестве привода использовались конденсаторные двигатели с питанием от однофазной сети, причём ряд механизмов снабжался малоинерционным двигателем типа АДП-362 с ротором в виде тонкостенного алюминиевого стакана. Однако в процессе разработки и создания новых высоконадёжных бесконтактных исполнительных механизмов было обнаружено, что стандартные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором обладают рядом таких свойств, которые препятствуют их применению в новых механизмах. К этим нежелательным свойствам можно отнести: Большую инерционность ротора. Большие пусковые токи. Ограниченную допустимую частоту включения. Недостаточный общий ресурс работы. Неприспособленность к работе с нулевой скоростью выходного вала, т.е. в режиме короткого замыкания или стопорном режиме. Две первые из перечисленных особенностей не свойственны двигателям типа АДП-362, что и явилось причиной того, что первые бесконтактные механизмы были созданы на базе именно этого двигателя. Но технические характеристики механизмов с двигателем АДП-362 оказались довольно низкими из-за недостаточной его мощности, «мягкости» механической характеристики, вызывающей значительные отклонения скорости перемещения выходного органа при изменении условий работы, а также нестандартного напряжения питания. В связи с этим для исполнительных механизмов постоянной скорости была создана специальная серия однофазных асинхронных конденсаторных малоинерционных двигателей типа ДАУ (двигатель асинхронный с работой на упор). При выборе оптимального типа двигателя предпочтение было отдано конденсаторному двигателю с постоянно включенной емкостью и питанием от однофазной сети переменного тока напряжением 220В. Однофазное питание двигателя не только упростило коммутацию электрических цепей и уменьшило число управляющих элементов, но и исключило необходимость применения защиты электродвигателя при исчезновении напряжения в одной из фаз, что требуется при трёхфазном питании. Возможность перераспределения общей потребляемой двигателем мощности между обмотками возбуждения и управления облегчала создание быстродействующих магнитных усилителей при управлении одной обмоткой. Исполнительные механизмы приобрели качественно новые свойства при применении в них двигателя, способного работать в режиме короткого замыкания, так как этот режим для двигателя бесконтактного исполнительного механизма является одним из рабочих режимов. В этом случае отсутствует опасность перегрузки двигателя, а с исполнительного механизма снимаются всякие ограничения по числу и продолжительности включений, что особенно важно для импульсной системы регулирования, где в некоторых случаях возможно возникновение такого явления, когда механизм будет находится в режиме частого непрерывного реверса. Кроме того, механизм не выходит из строя при заклинивании регулирующих органов в средних похождениях, в нём отсутствуют конечные выключатели, роль которых выполняют механические упоры, воздействующие на выходной орган, или сами регулирующие органы. Для обеспечения хороших динамических свойств исполнительных механизмов в двигателях ДАУ отношение пускового момента к моменту инерции ротора, характеризующее начальное теоретическое ускорение при пуске, принято не менее 6000 с-2. Необходимая стабильность скорости перемещения выходного органа механизма при изменении внешних условий определяется «жёсткостью» механической характеристики двигателя на рабочем её участке. Необходимость уменьшения потребляемой двигателем мощности в режиме короткого замыкания становится почти основным требованием при выборе двигателя. Этому требованию более всего соответствует характеристика с критическим скольжением, равным единице, т.е. когда максимальный момент двигателя в большинстве случаев не опасен для механизмов постоянной скорости, имеющих тормозное устройство; кроме того, самоход может быть исключён также и схемой управления. В двигателях типа ДАУ критическое скольжение принято близким к единице с возможным некоторым сдвигом в сторону номинального режима. Пригодность к работе в режиме короткого замыкания и обеспечение необходимой добротности определили и конструкцию двигателей. Двигатели мощностью до 10 Вт имеют короткозамкнутый ротор в виде полого тонкостенного алюминиевого стакана. Двигатели мощностью до 25 Вт имеют закрытый необдуваемый корпус без рёбер, двигатели большей мощности – закрытое обдуваемое исполнение. Для привода вентилятора в этих двигателях имеется второй вспомогательный ротор, выполненный в виде беличьей клетки и помещённый в одну расточку статора соосно с основным ротором. В некоторых типах двигателя вентилятор вообще вступает в работу только при выходе на упор рабочего вала двигателя. 2.2. Усилители Усилители служат для усиления мощности, поступающей от регулирующего прибора либо другого управляющего устройства, до уровня, достаточного для управления исполнительным механизмом. Электрические исполнительные усилители обычно входят в состав самих исполнительных механизмов, но должны рассматриваться совместно с ними. В системах регулирования обычно применяются электронные, полупроводниковые и магнитные усилители. В силу недостаточной надёжности и малого срока службы электронные усилители в настоящее время в новых конструкциях заменяются полупроводниковыми и магнитными усилителями. Наиболее широкое применение для управления электродвигателями в различных схемах автоматики получили магнитные усилители, обладающие целым рядом преимуществ по сравнению с другими типами усилителей. Сюда можно отнести: высокую надёжность, большой срок службы, механическую прочность, относительно невысокую стоимость и т.д. недостатком магнитных усилителей является их относительно большая инерционность, особенно при большом коэффициенте усиления, что весьма существенно для усилителей, управляющих механизмами постоянной скорости, работающими в релейном режиме. Но в диапазоне мощностей, необходимых для привода исполнительных механизмов в системах автоматического регулирования, магнитные усилители могут обеспечивать вполне удовлетворительные динамические характеристики. Для управления электродвигателями исполнительных механизмов используются различные схемы включения магнитных усилителей. Более простым и малогабаритным усилителем является усилитель, состоящий из двух однотактных усилителей. Подобный усилитель может найти применение при больших выходных мощностях наряду с мостовым усилителем. Особенностью однотактного усилителя является то, что он управляется сразу двумя обмотками двигателя, что приводит к увеличению мощности усилителя и вместе с тем ухудшает работу тормоза как за счёт квадратного закона нарастания напряжения управления, так и за счёт необходимости применения электромагнита постоянного ока, что значительно снижает качество работы механизма. Кроме того, управление двигателем осуществляется нестандартным напряжением. Положительным в этой схеме является то, что в отличие от дифференциального усилителя при отсутствии сигнала управления здесь снимается напряжение с обеих обмоток двигателя. В основу усилителей серии УМД для бесконтактного управления исполнительными механизмами с электродвигателями типа ДАУ положена дифференциальная схема с выходным трансформатором. 2.3. Тормозные устройства Тормозные устройства в электрических исполнительных механизмах служат для ограничения величины выбега выходного органа при исчезновении управляющего сигнала, обеспечения гарантированной нагрузки на выходном органе, получения устойчивости бесконтактного управляемого механизма против самохода при малой нагрузке или её отсутствии за счёт тока холостого хода управляющего устройства. Обычно тормоз отсутствует только в исполнительных механизмах, используемых в качестве электропривода. Все же электрические исполнительные механизмы, применяемые в системах автоматического управления и регулирования, как привило, снабжены электрическим тормозом. Чаще всего применяются электромагнитные фрикционные тормозные устройства, реже – устройства динамического торможения двигателя в сочетании с самотормозящимся редуктором. В некоторых исполнительных механизмах роль тормозного элемента выполняет перемещающийся в осевом направлении ротор двигателя или второй вспомогательный ротор. Наличие того или иного электрического тормоза влияет на статические и особенно на динамические характеристики исполнительного механизма, а так же предъявляет определённые требования к схеме управления этим механизмом. Момент срабатывания тормоза определяется его настройкой и величинами подаваемых напряжений или токов, которые в значительной мере зависят от условий появления и снятия нагрузки, её направления, внутренних свойств двигателя и управляющего устройства. Все эти факторы всегда и каждый раз по-новому приводят к изменениям в работе тормоза, особенно в переходных режимах работы механизма, и соответственно в обработке механизмом управляющего сигнала. Наиболее резко это явление выражено в бесконтактных механизмах. Кроме того, тормоз является регулируемым и изнашиваемым элементом, требующим определённого обслуживания. 2.4. Датчики обратной связи В качестве датчиков обратной связи по положению выходного органа в бесконтактных исполнительных механизмах используются бесконтактные индукционные датчики. Сигнал величиной до 1 В изменяется пропорционально углу поворота выходного органа исполнительного механизма. Чаще всего в исполнительном механизме устанавливают два одинаковых датчика, из которых один используется для осуществления обратной связи по положении. Выходного органа с регулирующим прибором, второй – для дистанционного указания положения выходного органа. Класс точности самих датчиков-преобразователей обычно бывает в пределах 0,5-1,5. Однако наличие дополнительных кинематических устройств понижает точность показаний датчиков обратной связи в целом до 1,5-3 %. Указанные дополнительные кинематические устройства конструктивно выполняются различно, но целью их является: Преобразование вращательного или поступательного движения выходного органа механизма в поступательное или вращательное движение чувствительного элемента датчика. Возможность получения достаточного значения сигнала датчика при работе механизма в любом допустимом диапазоне настроек. Защита датчика от поломки в случае перемещения выходного органа механизма за пределы предварительной настройки на величину, допускаемую конструкцией механизма. В бесконтактных механизмах для выполнения различных функций устанавливаются конечные или путевые электрические выключатели и переключатели. Нередко датчики обратной связи и электрические выключатели конструктивно объединяются в один узел, унифицированный для различных механизмов. Таким унифицированным узлом, применяемым почти во всех типах бесконтактных исполнительных механизмов, является блок БДИ-6, представленный на рисунке. 2.5. Редукторы Конструкция редуктора имеет большое значение для получения высоких технических и особенно эксплуатационных характеристик исполнительного механизма. Все типы электродвигательных исполнительных механизмов имеют редуктор, который должен удовлетворять следующим требованиям: Большое передаточное отношение, обеспечивающее получение необходимых скоростей перемещения выходного органа. Редуктор должен обеспечивать самоторможение, т.е. быть устойчивым к воздействию активной нагрузки со стороны выходного вала. Высокий КПД, что даёт возможность использовать в исполнительном механизме электродвигатель, усилитель и тормоз меньшей мощности, а следовательно, и улучшить динамические свойства механизма. Высокая надёжность и долговечность. Малая инертность передачи. Минимальные люфты выходного вала и датчика обратной связи по положению. Удобство осуществления ручного привода, минимальный вес и габариты, удобство монтажа и настройки. Высокая технологичность конструкции и малая себестоимость. . 2.6. Ручные приводы Электрические исполнительные механизмы всех типов обычно снабжаются устройством местного ручного механического управления. В настоящее время сложилась такая практика, что только самые маломощные однооборотные механизмы с несамотормозящимся редуктором и без тормоза не имеют ручного привода. В этих случаях возможен поворот регулирующего органа вручную вместе с выходным валом механизма. Однако, возможности применения таких упрощённых механизмов весьма ограничены. Применяемые в исполнительных механизмах ручные приводы по способу ввода их в работу можно разделить на следующие виды: 1) зависимый постоянно замкнутый, 2) независимый постоянно замкнутый, 3) зависимый, замыкаемый с помощью кулачковой муфты, 4) независимый, замыкаемый с помощью кулачковой муфты, 5) зависимый с обгонной муфтой, 6) зависимый с автоматической муфтой, 7) независимый постоянно замкнутый на тормозную муфту. Заключение В настоящее время невозможно представить не один промышленный процесс без участия в нём исполнительных механизмов. Исполнительные механизмы получили огромное распространение в промышленности. По мере технологического развития производства развиваются и исполнительные механизмы. Они становятся более простыми в эксплуатации, более надёжны и безопасны, более компактны и т.п. Исполнительные механизмы нашего времени по сравнению с исполнительными механизмами прошлого имеют более высокий срок гарантийной работы, время безостановочной работы и т.п. Исполнительные механизмы могут выполнять как самые простые, так и самые сложные функции. Решение о создании исполнительных механизмов, выполняющих различные функции, позволит снизить себестоимость исполнительного механизма, а также удовлетворит требования потребителя. Список используемой литературы: Шегал Г.Л. Электрические исполнительные механизмы в системах управления / Г.Л. Шегал. – Москва: Энергия, 1968 – 162 с. |