Меню

Задающее устройство устройства сравнения



Устройство сравнения

Сравнивающие устройства или элементы сравнения являются неотъемлемой частью любой системы автоматического управления. К одному из входов сравнивающего устройства, как правило, подключается датчик, к другому — задающее устройство (задатчик).

В качестве задающих устройств в электрических схемах сравнения обычно используют переменные резисторы, а в отдельных случаях — многоцепные переключатели с набором резисторов, а потенциометры с профильными каркасами, кулачковые механизмы и другие устройства. С развитием вычислительной техники в качестве задающего устройства стали использоваться специальные программы.

В сравнивающих устройствах управляемая величина у, контролируемая датчиком, сравнивается с сигналом задания g, формируемым задатчиком. На выходе сравнивающего устройства устанавливается исполнительный механизм (ИМ), который в зависимости от сигнала рассогласования, определяемого выражением

может находиться в состоянии равновесия (при ε = 0) или рабочем состоянии (при ε ≠ 0). Пусковое устройство включает ИМ в целях устранения рассогласования.

В кинематических схемах сравнение механических величин может осуществляться с помощью рычага, равновесие которого определяется соотношением

Где Fx, Fзад — соответственно контролируемое и заданное усилия;x, lзад — плечи рычага, соответствующие контролируемому и заданному усилиям.

В соответствии с этим выражением сигнал рассогласования

ε = Fзад — Fxlx/ lзад,зад = g; Fxlx/ lзад=y.

Следовательно, рычаг может быть использован для сравнения усилий.равнение заданного рзад и контролируемого рх давлений в гидравлических и пневматических устройствах можно рассмотреть на примере схемы. При рх= рзад выходные сигналы одинаковые: р1 = р2, а ИМ находится в состоянии равновесия. При рх >pзад и р1 > р2 поршень перемещается вверх. При рх U2, I1 < I2. Примерами устройств последнего типа могут служить различные релейные элементы.

Трехполюсный контактор
Электрический аппарат (ЭА) — это электротехническое устройство, которое используется для включения, отключения электрических цепей контроля, измерения, защиты и управления установок, предназначенных для передачи, преобразо .

Разработка и изготовление автомата подачи звонков
То, что время — одна из двух основных форм существования материи, известно еще со школы. Однако нас интересует сейчас не философское понятие, а проблема измерения времени. Существует множество средств измерения времени, н .

Источник

Устройство сравнения

Устройства сравнения (УС) выполняют функцию сравнения сигналов. Так, например в САУ с обратной связью к одному из входов УС поступает сигнал от датчика, а к другому от ЗУ (задатчика) заданное значение сигнала. В зависимости от разницы формируются сигналы для управления. В электрических схемах в качестве УС используются переменные резисторы, потенциометры, электронные устройства.

Пусть заданное значение управляемой величины g . Этот сигнал контролируется датчиком, который в данный момент выдает значение у. На УС получается сигнал рассогласования

. (9.1)

Предположим, что в системе управления к выходу УС присоединен исполнительный механизм. При l = 0 система находится в равновесии, а при включается механизм.

В качестве УС часто используется мостовая схема, приведенная на рис. 9.3.

Рис. 9.3. Мостовая схема УС

Рассогласование с применением мостовой схемы определяется выражением

. (9.2)

УС может быть построена на базе операционного усилителя.

Усилители

Усилитель (У) предназначен для усиления входного сигнала. В некоторых случаях с помощью У получают заданную зависимость между входным и выходным сигналом. Следует отметить, что в усилителях сигналы на входе и выходе имеют одну и ту же физическую природу. Усиление или преобразование энергии в У осуществляется за счет энергии источника питания усилителя.

Основными характеристиками У являются:

коэффициент усиления; линейность статической характристики; быстродействие; уровень собственных шумов; максимальная выходная мощность.

В САУ применяются следующие типы усилителей: полупровдниковые, магнитные, электромашинные, гидравлические, пневматические и др. В измерительной технике широко применяются полупроводниковые У, которые имеют высокий коэффициент усиления, низкий уровень шумов, большое быстродействие. Вместе с тем эти У имеют низкую выходную мощность.

Полупроводниковые усилители достаточно подробно рассматриваются в курсе Электроники. Здесь в качестве примера рассмотрим усилитель на биполярном транзисторе, схема которого приведена на рис. 9.4.

Здесь сопротивления R1, R2 обеспечивают равновесие в каскаде. При этом в транзисторе протекают токи покоя базы Iб.п. , коллектора Iк.п., эммитера Iэ.п., также имеются соответствующие напряжения Uбп , Uкп ,Uэп. Емкости С1, С2 выполняют разделительные функции. Емкость С1 препятствуют протеканию тока с делителя R1 , R2. Емкость С2 препятствует прохождению напряжения на сопротивление нагрузки Rн. Сопротивление Rэ определяет ток покоя через транзистор при заданном напряжении Uбп. Так, в случае роста температуры коллектора ток Iк.п. и Iэ.п возрастают, при этом возрастает и падение напряжения на эмиттере Uэп = Iэп Rэп. Ввиду того, что напряжение на базе фиксировано, то происходит закрывание транзистора, что приводит к автоматической балансировке режима покоя в работы транзистора.

Рис. 9.4. Схема усилителя на биполярном транзисторе

Переменный ток эмиттера создает переменное напряжение Uэ = Iэ Rэ, которое уменьшает усиливаемое напряжение. Коэффициент усиления каскада (из одного У) равен

Для определения параметров выходного сигнала в динамическом режиме сопротивление нагрузки Rн подключается параллельно сопротивлению Rк. Тогда общее сопротивление в цепи коллектора равно

. (9.3)

Рис. 9.5 Схема магнитного усилителя

Рассмотрим пример магнитного усилителя. Магнитный усилитель (МУ) представляет многообмоточный дроссель с железным сердечником. Принцип действия МУ связан с тем, что при подмагничивании сердечника магнитным полем постоянного тока происходит изменение индуктивности обмоток переменного тока. На рис. 7.6 представлена схема однотактного магнитного усилителя. Этот МУ имеет одну двухсекционную обмотку переменного тока . Последовательно к этой обмотке подключена нагрузка усилителя Rн. На среднем стержне имеются 3 обмотки: управляющая (wупр), обратной связи (wос) и нулевая (w). По управляющей цепи подается входной сигнал в виде постоянного тока iупр . Обмотка обратной связи питается через выпрямитель выходным напряжением МУ. При этом положительная обратная связь увеличивает крутизну статической характеристики и инерцию усилителя. И, наоборот уменьшает эти параметры при отрицательной обратной связи. Роль обратной связи важна в связи с тем, что быстродействие МУ сравнительно низкое. Нулевая обмотка питается от независимого источника питания и служит для сдвига рабочей точки усилителя на линейный участок.

При подаче тока на эту обмотку рабочая точка сдвигается вправо на середину линейной характеристики. В этом случае при МУ приобретает свойство чувствительности к полярности управляющего тока. При отсутствии тока в нулевой обмотке МУ нечувствителен к изменению полярности, а характеристики усилителя симметричны относительно оси ординат.

В автоматических системах управления с гидравлическими элементами применяются гидроусилители. Принцип действия простого гидроусилителя показан на рис. 7.7. Благодаря свойству усиления малому входному усилию соответствует высокое выходное усилие на штоке. В качестве примера рассмотрим расчетную схему гидросистемы, состоящей из гидронасоса и гидродвигателя поступательного движения, гидроцилиндры которых соединены друг с другом короткой магистралью (рис.7.7).

Рис. 9.6. Схема гидроусилителя

Если на шток гидронасоса (ГН) с площадью поршня АН действует сила РН, то в жидкости возникает давление рН = РН/ АН , которое действует на поршень гидродвигателя (ГД) площадью АД и вызывает на штоке силу, которая уравновешивает силу РД = в том случае, когда система находится в равновесии и без учета потерь на трение и потери давления в магистрали . Отсюда следует, что

.

Из этого выражения следует мультипликационный эффект ГП, характеризуемый коэффициентом мультипликации. Коэффициент мультипликации равен отношению силы на выходном звене к силе на входном звене

.

| следующая лекция ==>
Классификация элементов автоматики | Гидро- и пневматические ИП

Дата добавления: 2017-05-18 ; просмотров: 2051 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Задающие устройства

И усилительные устройства САР

Глава 11. Задающие, сравнивающие

Задающее устройство САР формирует и хранит величину воздейст­вия, переменные величины, уставки, коэффициенты, метки времени и т.п. Задающее устройство вырабатывает условия протекания технологического процесса Yз(t)— функцию времени. Эта функция может быть одномерной (одна величина) или многомерной (несколько величин). В системах автоматического управления чаще встречаются многомерные функции времени, когда задаются условия одновременно по нескольким параметрам — температуре, давлению и т.д.

Читайте также:  Степени сравнения прилагательных исключение old

В некоторых случаях задающая величина является постоянной во времени – тогда задается не функция времени, а отдельные величины.

Задающие устройства выдают сигнал в аналоговой или цифровой форме.

В качестве задающего устройства ранее применялись кулачковые механизмы, функ­циональные потенциометры, перфокарты, магнитные плен­ки и кинопленки и т. п. В настоящее время используются электронные аналоговые и цифровые устройства.

На рис.11.1. приведены некоторые типы задающих устройств — задатчиков постоянных аналоговых и цифровых величин. Существует достаточно широкий класс потенциометрических задающих устройств, в основе которых лежит уставка величины с помощью потенциометра R (рис.11.1а). На переменный резистор R подается опорное напряжение Uоп.

Постоянный сигнал Yз задается и запоминается положением движка потенциометра R. Например, при необходимости задать величину “1” положение движка устанавливают таким образом, что Yз = 1В, величину “1,4” — = 1,4В и т.д. Для этого к движку подсоединяют измерительный прибор П, проградуированный в единицах задаваемой величины, например, температуры. Иногда уставки имеют постоянные величины – их задают с помощью дискретного потенциометра, имеющего переключатель резисторов Пк (рис.11.1б). Положение переключателя 1-ое, 2-ое и т.д. также градуируется в единицах задаваемой величины.

При исчезновении внешнего напряжения заданная величина остается введенной и вновь подается в САУ при его появлении.

При необходимости использования задаваемой величины в цифровом виде потенциометрический задатчик снабжается аналого-цифровым преобразователем-АЦП (рис.11.1в). На его выходе имеется цифровой код Dз задаваемой величины Yз.

Запоминание заданной величины осуществляется за счет неизменного положения движка потенциометра или переключателя.

Рисунок 11.1 – Аналоговые и цифровые постоянные задающие устройства:

а- аналоговый потенциометрический; б- цифровой потенциометрический; в- дискретный потенциометрический; г- цифровой; R- потенциометр; Пк— переключатель; П- измерительный прибор; АЦП- аналого-цифровой преобразователь; Т14 – триггеры; K — K4— кнопки ввода сигнала;

Uоп – опорное напряжение.

Для управления цифровыми системами на базе микропроцессоров и компьютеров используются кнопочные задатчики. На рис.11.1г приведена схема дискретного четырехразрядного задатчика сигнала. Он состоит из кнопок ввода К14, кнопки сброса Ко и триггеров памяти Т1 — Т4.

Если кнопки К1 — К5 отжаты, не соединяют общую шину со входами триггеров Т1 — Т4, то на S — выходах последних имеются логические “0” . Логический “0” триггеров устанавливается путем нажатия кнопки Ко.

Для ввода цифрового кода нажимаются кнопки К14. Например, для ввода “1” нажимается К1. Триггер T1 перекидывается, и на его S-выходе появляется логическая “1”, которая запоминается, несмотря на то, что кнопка К1 отпускается. Далее можно вводить другие цифры, например, “2” , нажимая на соответствующие кнопки – К2 и т.д. В результате на выходе триггеров появляется цифровой позиционный код вводимой величины, который используется далее САУ для получения управляющего сигнала. Цифровой код сохраняется до нажатия кнопки К или снятия напряжения со схемы. Последнее обстоятельство является недостатком описанной схемы. Для его устранения используют специальные источники питания – аккумуляторы или постоянные запоминающие устройства.

При многопараметрических задающих аналоговых сигналах задание каждого параметра производится отдельно, что предопределяет соответствующее количество вводных потенциометров.

При использовании цифровой формы ввода информации отдельно хранятся только введенные величины, их ввод может осуществляться одними и теми же потенциометрами и кнопками.

Для получения функциональных зависимостей используют возможности микропроцессоров к хранению и выполнению сдвиговых и математических операций. Функциональные зависимости в микропроцессорном устройстве генерируются с помощью специальной рабочей программы, записываемой в его память.

Для хранения рабочей программы используются постоянные запоминающие устройства – ПЗУ, выполняемые на отдельных микросхемах. Отличительной чертой ПЗУ является однократная запись информации. В последующем возможно только считывание записанной информации. Достоинством микросхем ПЗУ является их низкая стоимость и возможность хранения информации при отключенном питании.

Широко применяются перепрограммируемые устройства памяти – ППЗУ. Они используются для устройств, рабочая программа которых должна изменяться в процессе эксплуатации. Логическая часть этих устройств создается пользователем из базовых логических функций типа И, ИЛИ, ТРИГГЕР и т.д. ППЗУ является энергонезависимой памятью, т.е. хранимая в ней информация не разрушается в обесточенном состоянии.

Для временного хранения результатов промежуточных вычислений используются оперативные запоминающие устройства (ОЗУ).

Источник

Сравнивающие устройства

Сравнивающие устройства измеряют рассогласование

отклонение управляемой величины Y(t) от ее заданного значе­ния Y3(t). Сравнивающие устройства в зависимости от вида обрабаты­ваемого сигнала могут быть аналоговые и цифровые, а по результату сравнения — релейными (двух- и более позиционными) или иметь на выходе абсолютную разность рассогласования.

На рис. 11.2а приведена схема сравнивающего устройства на опе­рационном усилителе ОУ с отрицательной обратной связью через ре­зистор R0. На оба входа ОУ подаются: на инвертирующий (-)- сигнал выходной управляемой величины САУ Y(t), а на неинвертирующий (+) — сигнал с задающего устройства Y3(t). Если принять в схеме

то сигнал на выходе будет пропорционален разности.

Этот сигнал подается на другие элементы САР, в частности в ре­гулирующее устройство для выработки соответствующего сигнала управления.

Для двухпозиционного регулирования используются компарато­ры (нуль-органы) (рис.11.2б), в котором в отличие от схемы (рис. 11.2а) отрицательная обратная связь отсутствует, т.е. ОУ работа­ет с коэффициентом усиления, стремящимся к бесконечности В этом случае на выходе ОУ при ε(t)

Мощность подобного усилителя может достигать нескольких де­сятков Ватт. Недостатком подобных схем является наличие дрейфа нуля, вызванного изменением температуры окружающей среды и ве­личины питающего напряжения Un

Рисунок 11.4 — Усилитель на транзисторах.

Для усиления малых сигналов, порядка сотен и тысячных долей Вольта и ниже применяют специальные схемы включения транзисто­ров (модулятор-демодулятор), а также операционные усилители, ко­торые были рассмотрены выше.

Тиристорные усилители применяют для управления однофазны­ми и многофазными электродвигателями переменного тока, двигате­лями постоянного тока и другой мощной нагрузкой.

Рисунок 11.5- Тиристорный усилитель: U1 — входное синусоидальное на­пряжение; Т- тиристор; У- управляющий электрод тиристора; RH — нагрузка ти­ристора; Т1 Т2, Т3— транзисторы; ОП- оптрон; D1, D2 — диоды; C1 — интегри­рующий конденсатор; С2 — дифференцирующий конденсатор; R9 — регули­рующий резистор; U2— импульс открытия тиристора; Ri — резисторы режима работы схемы; Iн — ток нагрузки.

Принцип действия тиристорного усилителя, рис. 14.4., основан на способности тиристора Т пропускать часть полуволны входного си­нусоидального напряжения сети U1 поданного на нагрузку RH, в зависимости от фазы управляющего импульса U2 относительно вход­ного синусоидального сигнала. Для управления тиристором на его управляющий электрод У подается короткий импульс U2.

Тиристорные усилители имеют большой коэффициент усиления по току (десятки и сотни тысяч) и пропускают токи в сотни Ампер.

Гидравлические и пневматические усилители. Гидравлические и пневматические усилители имеют одинаковый принцип действия, т.к. в обоих случаях используются одни и те же законы физики, но в пер­вом случае в качестве промежуточного носителя энергии использует­ся жидкость, например, масло.

Золотниковый гидравлический усилитель, рис. 11.6, состоит из золотниковой пары: втулки со щелями, внутри которой перемещается золотник. В зависимости от назначения применяют одно-, двух и че-тырехщелевые золотниковые пары, изготовленные с высокой точно­стью. В пневматических усилителях золотниковые пары работают без смазки при малом зазоре между золотником и втулкой. Шток золот­ника 5 является управляющим — он соединен с ручной или автомати­ческой системой управления. Шток силового цилиндра 7 соединен с рабочим органом.

Рисунок 11.6 — Золотниковый гидравлический усилитель: 1,2 -пружины; 3- зо­лотниковый цилиндр; 4- силовые цилиндры; 5- шток золотника; 6- каналы со­общения; 7- шток силового цилиндра; Х- входное перемещение штока золотни­ка; Y- выходное перемещение силового цилиндра; L1 L2— рычаги.

Принцип действия гидравлического усилителя заключается в том, что под действием внешнего гидронасоса в золотниковом и силовом цилиндре существует одинаковое давление Р . Площадь силового цилиндра Sc намного больше площади золотникового цилиндра Sz, поэтому для перемещения золотника требуется намного меньше уси лий, например движением кисти руки, чем развиваемое при этом уси­лие на конце штока цилиндра.

В исходном положении под воздействием пружин 1 и 2 полно­стью перекрыты соединительные каналы между золотниковым 3 и силовым цилиндрами. В золотник 3 постоянно поступает из вне жид­кость под давлением Р При перемещении X, например, влево, штока 5 золотника открываются каналы 6, и жидкость под давлением Р по­ступает в левую полость силового цилиндра 4 и вытесняется из его правой части. При этом давление Р1 превысит давление Р2, и шток 7 силового цилиндра будет перемещаться вправо. При изменении на­правления движения золотника изменяется также направление пере­мещения поршня силового цилиндра.

Читайте также:  Тест по английскому сравнение времен

Чтобы движение силового цилиндра точнее повторяло входное перемещение золотника, используют жесткую обратную связь в виде рычага длиной L1 + L2, концы которого соединены с золотниковым цилиндром и штоком поршня силового цилиндра. Входное переме­щение штока золотника будет вызывать движение поршня силового цилиндра и цилиндра золотника до тех пор, пока каналы не будут пе­рекрыты и шток силового цилиндра не остановится в определенном положении Y, задаваемом положением штока золотника X.

Коэффициент усиления гидравлических усилителей достигает де­сятков тысяч, пневматических — меньше.

Гидравлические усилители отличаются большими — до несколь­ких сотен тонн усилий, пневматические могут развивать усилия до нескольких тонн. Быстродействие гидравлических усилителей выше за счет большей плотности жидкости, чем воздуха.

Лекция№ 12. «Исполнительные устройства автоматики»

Исполнительное устройство осуществляет при поступлении на его вход сигналов управления определенные воздействия на объект регулирования. К ним относятся электродвигатели, муфты, тяговые электромагниты, реле и т.п. Исполнительные устройства через рабо­чие органы воздействуют на объект регулирования.

Рабочие органы обеспечивают при выполнении технологической операции соответствующее воздействие на среду, изменяя ее темпе­ратуру, состав, давление, скорость, расход и т.п.

Рабочими органами могут быть различного рода заслонки, кла­паны, задвижки, шиберы, направляющие аппараты, электрические нагреватели (трубчатые, СВЧ, ИК-излучатели) и другие устройства, так или иначе непосредственно влияющие на протекание технологи­ческой операции.

Исполнительное устройство обычно состоит из двигателя, пере­даточного или преобразующего узла (например, редуктора), а также систем защиты, контроля и сигнализации положения выходного эле­мента, блокировки и отключения. Классифицируются исполнитель­ные устройства по виду используемой энергии на гидравлические, пневматические, электродвигательные и электромагнитные.

Электрические исполнительные устройства. Электрические ис­полнительные устройства можно разделить на электромагнитные и электродвигательные.

К электромагнитным исполнительным устройствам относятся прежде всего соленоидные электроприводы, предназначенные для управления различного рода регулирующими и запорными вентиля­ми, золотниками и т. п. (рис.12.1).

Необходимое для перемещения рабочего органа усилие в них создается за счет электромагнита, являющегося неотъемлемой частью подобного исполнительного устройства.

Рисунок 12.1 — Электромагнитный соленоид: 1-ярмо; 2- электрическая катушка; 3- якорь соленоида; 4- зазор между якорем и ярмом; 5- перемещаемая механическая нагрузка.

Исполнительное устройство с электромагнитным соленоидным приводом состоит из электромагнита с ярмом 1 и якорем 2, между которыми имеется зазор 4 величиной 1. С якорем соединяется меха­ническая нагрузка 5, которую необходимо переместить (груз, рабочий орган — заслонки, задвижки, клапаны, рычаги и т.п.).

При подаче на электромагнит питающего напряжения U под дей­ствием возникающего при этом электромагнитного усилия якорь 3 поднимается вверх на величину воздушного зазора 1.

Электромагниты делятся на электромагниты постоянного и пере­менного тока, на удерживающие и притягивающие, на длинноходные (ход якоря до 150 мм) и короткоходные (ход якоря 2. 5 мм); с посту­пательным движением якоря и с поворотным якорем.

Электромагниты широко применяются в электропневматических и электрогидравлических исполнительных устройствах для переме­щения золотника.

К этому типу исполнительных устройств относятся и электромаг­нитные реле, которые широко применяются в автоматике. Схема электромагнитного контактного реле с поворотным якорем показана на рис. 12.2. Реле с поворотным якорем состоит из магнитопровода 1, воз­вратной пружины 2, якоря 3, латунного штифта 4, предохраняющего залипание якоря, 7,8- контактной пары.

При прохождении по обмотке 5 постоянного тока в магнитопро-воде 1 создается магнитный поток Ф, стальной якорь 3 притягивается к сердечнику 6, а при исчезновении тока пружина 2 возвращает якорь в исходное положение.

Когда происходит притягивание якоря, замыкается контактная пара 7,8, которая подает, например, напряжение Upo на рабочий ор­ган (включение электродвигателя).

Контактных пар может быть несколько, причем они могут быть как замыкающиеся, так и размыкающиеся. Подачу напряжения U для срабатывания реле осуществляет система управления.

Электромагнитные реле переменного тока срабатывают при по­даче на их обмотки переменного тока определенной частоты и конст­руктивно отличаются от реле постоянного тока только тем, что сер­дечник и якорь реле изготавливаются из листовой электротехниче­ской стали для уменьшения потерь на гистерезис и вихревые токи. Реле переменного тока менее чувствительны и развивают меньшее электромеханическое усилие, чем реле постоянного тока.

Рисунок 12.2 — Электромагнитное контактное реле (а) и схема его включения (б): 1- магнитопровод; 2- возвратная пружина; 3- якорь; 4- латунный штифт; 5- электрическая обмотка; 6- сердечник; 7,8- контактная пара.

Контакторы и магнитные пускатели (силовые реле) — это элек­тромагнитные реле, которые имеют мощную контактную систему, служащую для замыкания и размыкания главных цепей двигателей и других устройств при автоматическом управлении

Контакторы имеют главные контакты и вспомогательные, или блок-контакты, служащие для коммутации вспомогательных цепей сигнализации или цепей обмоток других контакторов, реле. Контак­торы бывают постоянного и переменного тока, одно- и многополюс­ные.

Магнитные пускатели представляют собой контакторы, которые служат главным образом для дистанционного управления трехфаз­ными асинхронными двигателями и делятся на нереверсивные и ре­версивные.

Электродвигательные исполнительные устройства. В них ис­пользуют электродвигатели постоянного и переменного тока. Боль­шинство электродвигательных исполнительных устройств работает в режиме, когда скорость перемещения не зависит от величины откло­нения регулируемого параметра от заданного значения.

Асинхронный электродвигатель. Асинхронный электродвигатель является машиной переменного тока, состоящей из статора и ротора.

Статор представляет собой полый цилиндр, составленный из лис­тов электротехнической стали; листы имеют форму колец со штампо­ванными пазами. В пазах, находящихся на внутренней поверхности цилиндра, укладывается статорная обмотка. Эта обмотка выполняет­ся так, что при включении ее в сеть трехфазного переменного тока в расточке статора (внутри цилиндра) образуется магнитное поле, вра­щающееся вокруг оси статора с постоянной скоростью.

Ротор машины имеет вид цилиндра, набранного из круглых листов стали. У поверхности ротора вдоль его образующих располо­жены проводники, составляющие обмотку ротора Проводники пред­ставляют собой замкнутые в кольцо провода уложенные в пазы ро­тора. Обмотка ротора не связана с внешней электрической сетью -между ротором и статором имеется воздушный зазор.

У асинхронного двигателя движущий момент возникает в роторе как результат взаимодействия вращающегося магнитного потока с индуктируемыми им в роторе токами Этот момент увлекает ротор в сторону вращения магнитного потока.

Применяются трехфазные, двухфазные и однофазные асинхрон­ные машины.

Схема управления трехфазным асинхронным короткозамкнутым электродвигателем приведена на рис 12,3

Рисунок 12.3- Схема управле­ния трехфазным асинхронным короткозамкнутым электродвигате­лем.

Предохранители PR служат для защиты схемы от коротких замы­каний и перегрева схемы управле­ния. Двигатель М подключается к фазам ABC. Для защиты электро­двигателя от значительных пере­грузок, заклинивания ротора, а также от коротких замыканий во все фазы питания включаются ка­тушки реле максимального тока КА1, КА2 и КА3, а их размыкающие контакты КА1, КА2 и КА3 соеди­няются последовательно с катуш­кой L магнитного пускателя на­пряжения сети питании через контакты электромагнитного пускателя КМ. Контакт управления КУ принадлежит системе управления и в зависимости от ее состояния может быть разомкнут или замкнут.

Приведенная схема может работать в ручном и автоматическом режиме.

При ручном управлении электродвигателем нажимается кнопка пуска S2, в результате чего срабатывает магнитный пускатель КМ, который своими контактами подключает все три фазы питания через реле максимального тока КА1 КА2, КА3 к двигателю М. Двигатель начинает работать и работает до тех пор, пока нажата кнопка S2. В ав­томатическом режиме двигатель включает контактом КУ системы управления, который включен параллельно кнопке пуска S2, и рабо­тает до тех пор, пока контакт КУ замкнут системой управления.

В случае возникновения аварийных режимов, например, останов­ки ротора вследствие увеличения механической нагрузки рабочего органа, увеличивается ток статора двигателя и срабатывают реле мак­симального тока КА1 КА2, КА3, которые своими контактами отклю­чают катушку магнитного пускателя КМ, а та в свою очередь своими контактами отключает все три фазы напряжении питания от электро­двигателя.

Читайте также:  Теории распознавания паттернов теория сравнения с эталоном

Однофазные асинхронные двигатели. Однофазные асинхронные двигатели имеют одну статорную обмотку. Она выполняется аналогично одной фазе обмотки трехфазного статора, но заполняет не 1/3 окружности статора, а несколько большую часть — до 2/3 его окруж­ности. Схема включения однофазного двигателя приведена на рис12,4.

Рисунок 12.4- схема включения од­нофазного двигателя.

В большинстве случаев для пуска однофазных двигателей предусматрива­ется пусковая обмотка; она укладывается в пазах статора, свободных от рабочей обмотки, причем ось пусковой обмотки ориентируется перпендикулярно оси ра­бочей обмотки. Пусковая обмотка вклю­чает через добавочное активное или ре­активное сопротивление с тем, чтобы ток в ней был сдвинут по фазе относительно тока в рабочей обмотке РО. Две взаимно перпендикулярные обмотки, питаемые токами, сдвинутыми по фазе, создают вращающееся магнитное поле.

Наиболее благоприятны условия для получения вращающегося поля включением пусковой обмотки через конденсатор С. Под дейст­вием вращающегося поля двигатель разгоняется, затем пусковая об­мотка отключается, так как она не рассчитана на длительный ток. Для пуска двигателя в обратном направлении необходимо поменять мес­тами зажимы пусковой или рабочей обмотки.

Однофазные двигатели имеют значительно меньший коэффици­ент полезного действия. Поэтому они используются только в случаях, где требуется сравнительно небольшая мощность — единицы и десят­ки Ватт. Промышленность выпускает асинхронные двигатели от единиц ватт до нескольких сотен киловатт на напряжение 220, 380, 660 В в различном исполнении: с повышенным пусковым моментом, с повы­шенным скольжением, многоскоростные.

Электродвигатели постоянного тока. Электродвигатели посто­янного тока служат для привода различных установок и механизмов, в которых требуется простое и экономичное регулирование скорости вращения в широком диапазоне. Для получения энергии постоянного тока разработаны и широко применяются различные преобразователи переменного тока в постоянный.

Двигатель постоянного тока состоит из корпуса, на котором кре­пятся два диаметрально расположенные полюса с обмотками полю­сов (возбуждения).

Полюса установлены таким образом, чтобы они вместе с корпу­сом составляли единую магнитную систему N-S. Вместо обмоток иногда применяют помтоянные магниты. Внутри корпуса по его оси находится якорь-цилиндр с обмоткой, выходной вал которого враща­ется в подшипниках. Обмотка якоря представляет собой равномерно распределенные по окружности витки, концы которых выходят нару­жу и подсоединяются к источнику постоянного напряжения через коллектор.

Частота вращения якоря n зависит от напряжения на якоре Uя, магнитного потока Ф обмотки возбуждения, зависящего от напряже­нии, тока и сопротивления обмотки возбуждения: n=Uя/кФ,

где к — конструктивная постоянная электродвигателя.

Электродвигатели постоянного тока могут выполняться с незави­симым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждени­ем, рис. 12.5.

Рисунок 12.5- Схемы включения электродвигателей постоянного тока: с независимым (а), параллельным (б) и последовательным (в) возбу­ждением.

Независимое включение обмотки возбуждения предполагает от­дельные источники питания для якоря U и обмотки возбуждении UOB. Обе обмотки включает независимо друг от друга: якорная обмотка через отдельные сопротивления Rя, обмотка возбуждения — через сопротивление Roв. Токи в обмотках, а значит и скорость и вращаю­щийся момент двигателя могут регулироваться сопротивлениями не­зависимо друг от друга.

При параллельном включением используется один источник пи­тания U, а обе обмотки включается независимо друг от друг: якорная обмотка через отдельные сопротивления Rя, обмотка возбуждения -через сопротивление Rов. Требуется только один источник питания. Регулировки двигателя производятся друг от друга сопротивлениями Rя и Rов

При последовательном включении обе обмотки включается по­следовательно через сопротивление R. Регулировка токов обмотки и якоря и обмотки возбуждения производится одновременно.

Смешанное включение использует параллельное и последова­тельное включение обмоток одновременно.

В зависимости от способа включения обмотки возбуждения по­лучают различные механические характеристики электродвигателя.

Вместо обмотки возбуждения при мощностях до нескольких де­сятков Ватт применяют постоянные магниты.

При отработке сигналов управления в автоматизированных сис­темах часто приходиться приводить в движение рабочие органы с большим начальным моментом сопротивления. Для этого в качестве исполнительных устройств используются высокомоментные двигате­ли.

Рисунок 12.6 — Устройство высокомоментного двигателя: 1- механическая повышающая передача; 2- револьвер; 3- тахогенератор; 4- щетки; 5- коллектор; 6- якорь; 7- цилиндрический корпус; 8- ферритовые сегменты; 9- электромаг­нитный тормоз.

Конструкция высокомоментного двигателя с ферритовыми маг­нитами представлена на рис. 12.6. Ферритовые сегменты 8 многопо­люсной магнитной системы располагаются в цилиндрическом корпу­се 7 и охватывают якорь 6. На валу двигателя для подачи электриче­ского напряжения питания расположен коллектор 5 со щетками 4. Двигатель снабжен электромагнитным тормозом 9 для уменьшения холостого хода (выбега вала двигателя) и встроенным тахогенерато-ром 3 для контроля скорости вращения двигателя. Для осуществления обратной связи по перемещению рабочего органа имеется револьвер 2, который связан с валом двигателя прецизионной повышающей пе­редачей 1. Применение постоянных магнитов упрощает коммутацию электрического тока в машине и обеспечивает равномерное распре­деление магнитной индукции в зазоре. Двигатели сохраняют равно­мерное вращение на частотах до ОД об/мин., а время пуска и тормо­жения — минимальны.

Гидравлические исполнительные устройства. Они преобразует энергию потока рабочей жидкости в энергию механического движе­ния поршня (поступательное движение) или ротора (вращательное движение) и состоят из двух элементов: управляющего и исполни­тельного.

Поток рабочей жидкости создается специальным гидравличе­ским насосом, приводимым в движение электрическим или иным двигателем.

В зависимости от вида управляющего элемента различают гид­равлические исполнительные устройства с золотниковым и объем­ным регулированием.

Гидравлические исполнительные механизмы с объемным регу­лированием управляются за счет изменения производительности на­соса, а золотниковые — с помощью перекрываемых отверстий. Золот­ник управляется электромагнитным приводом. Схема гидравлическо­го исполнительного устройства приведена на рис. 12.7.

Оно состоит из цилиндра 7 с поршнем 2, соединенным со штоком 4, который приводит в движение рабочий орган. Цилиндр имеет два отверстия 5 и 6 через которые насосом подается рабочая жидкость (масло). Масляный насос подает через отверстие 5 масло с расходом Q в полость цилиндра 1, которое создает в нем давление Рб. Благода­ря этому давлению поршень 2 перемещается вправо. При этом масло из полости 3 выходит через отверстие 6. Если масло подается в по­лость 3 через отверстие 6, то поршень под действием давления Ра пе­ремещается влево.

Рисунок 12.7- Схема гидравлического исполнительного устройства: 1-левая полость; 2-поршень; 3- правая полость; 4- шток поршня; 5,6- вход рабочей жид­кости; 7- цилиндр.

Скорость перемещения поршня исполнительного механизма за­висит от площади F поршня и расхода Q рабочей жидкости. Вместо поршня используют иногда эластичную мембрану, закрепленную в центре цилиндра. Мембранные гидравлические исполнительные уст­ройства имеют небольшой ход штока — не более нескольких санти­метров. Поршневые гидравлические исполнительные устройства мо­гут иметь ход поршня до нескольких десятков сантиметров.

Гидравлические исполнительные устройства обладают очень большим быстродействием и выходной мощностью, потому их при­меняют в системах автоматизации мобильных машин и агрегатов. Усилия, развиваемые гидравлическими исполнительными устройст­вами, могут достигать нескольких десятков тонн. Однако их приме­нение непосредственно в оборудовании переработки продукции ино­гда ограничивают по санитарным условиям — масло, используемое в подобных устройствах, может попасть непосредственно в пищевой продукт.

Пневматические исполнительные механизмы. По устройству ана­логичны гидравлическим. Они получили распространение благодаря высокой надежности, простоте конструкции и возможности получе­ния усилий до нескольких тонн. Усилия, развиваемые пневматиче­ским приводом, сравнительно невелики. Это связано с тем, что сило­вое давление воздуха в промышленных пневмосетях составляет обычно 0,4. 0,6 МПа.

Обычно используют поршневые и мембранные исполнительные механизмы, так как они просты по конструкции и имеют высокую надежность. По сравнению с электрическим приводом поступательного движения, развивающим те же усилия, пневмопривод значительно легче, дешевле и проще по конструкции.

Широкое внедрение технических средств пневмоавтоматики объясняется высокой пожаро — и взрывобезопасностыо, надежностьностью и дешевизной.

Общие недостатки пневматических и гидравлических исполнительных устройств: сложность операций по их наладке и, главное необходимость в специальных компрессорных (насосных) установок для их питания.

Лекция №13. «Микропроцессорные средства и их использование в автоматике»

Источник