Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии 


ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ




Исполнительный механизм — одно из последних звеньев в системе автоматического регулирования. Он предназна­чен для перемещения регулирующего органа в соответствии с уп­равляющим сигналом. Мощности управляющего сигнала обычно недостаточно для непосредственного перемещения регулирующего органа, поэтому исполнительный механизм усиливает управляю­щий сигнал по мощности за счет внешнего источника энергии.

Регулирующим органом называют звено исполнитель­ного устройства, которое представляет собой переменное гидрав­лическое сопротивление и воздействует на расход среды благодаря изменению своего проходного сечения. С этой целью применяют регулирующие дросселирующие органы — плунжеры, поворотные заслонки, шиберы, шланговые и диафрагменные дросселирующие органы.

Регулирующий орган непосредственно воздействует на объект управления. Для пропорционального и позиционного регулирова­ния в качестве регулирующих органов широко применяют заслонки, задвижки, клапаны и др. В следящих системах исполнительный механизм воздействует непосредственно на объект. Таким образом,


исполнительный механизм, преобразуя управляющий сигнал, пе­ремещает орган управления.

Исполнительные элементы должны отвечать заданным техниче­ским условиям, а именно: виду применяемой энергии, значениям и характеру требуемого усилия, мощности, моменту, допускаемой инерционности, желаемым габаритам и массе, надежности, рабо­чим характеристикам.

Исполнительные механизмы классифицируют по следующим

признакам:

перемещение регулирующего органа — прямоходные, поворот­ные;

вид потребляемой энергии — гидравлические, пневматические, электрические, комбинированные (электрогидравлические, элек­тропневматические) ;

конструктивное исполнение — электрические (с приводами: от электродвигателя, от электромагнита, от электромагнитных муфт), гидравлические (с приводами: поршневым, плунжерным, от гид­родвигателя), пневматическое (с приводами: поршневым, плун­жерным, диафрагменным, от пневмодвигателя). Регулирующие ор­ганы оцениваются конструктивной и расходной характеристиками. Регулирующие органы для сыпучих материалов строят на базе шнековых, дисковых, ленточных, лопастных, скребковых и дру­гих питателей.

Исполнительные механизмы с электродвигателями постоянноготока. Конструктивно их выполняют с вращательным движением выходного вала, реже — с поступательным перемещением выход­ного штока. В однооборотных исполнительных механиз­мах с углом поворота выходного вала 120—270° используют такие регулирующие органы, как заслонки, упоры, краны, шиберы. Многооборотные устройства используют для привода запорных вентилей, дросселей, задвижек, шнеков, лопастных, скребковых питателей.

У постоянно вращающихся исполнительных механизмов кру­тящий момент от вала электродвигателя передается к регулирую­щему органу через редукторы, электромагнитные муфты и другие преобразователи.

Мощность электродвигателя исполнительного механизма для перемещения регулирующего органа с требуемой скоростью и уско­рением определится как

где Рдв — требуемая мощность; Мст — статический момент; — КПД редуктора; Iн — момент инерции нагрузки, включая момент инерции редуктора; Iдв — момент инерции электродвигателя; ip — передаточное отношение редуктора; н — угловая скорость вра­щения нагрузки; н — угловое ускорение нагрузки.


Принимая =1, определим требуемый момент на валу элек­тродвигателя

Продифференцировав выражение (4) по i и приравняв нулю, определим оптимальное передаточное отношение редуктора, при котором требуется минимальный момент на валу электродвигателя для получения заданного ускорения нагрузки


В уравнениях динамики электродвигателей постоянного тока для малых отклонений переменных за выходную величину прини­маем изменение угловой скорости двигателя .

Воздействия, вызывающие переходный процесс, могут осущест­влять преобразователи путем изменения напряжения на якоре ен я или обмотке возбуждения ен в и изменения постоянной со­ставляющей статического момента МС 0 (рис. 30, а). Характери­стики линеаризуем в зоне установившегося режима — точке А (рис. 30, б). Уравнение цепи якоря: ен я = ея + iя Rя+ Lяp iя.




 



Подставив iP0 из формулы (5) в (3), получим

По данному расчетному значению выбирается электродвигатель

где Мдв. ном — номинальный момент электродвигателя по пас­портным данным; дв. ном — номинальная скорость; н mах —мак­симальная скорость нагрузки.

Выбранный электродвигатель проверяют по моменту и скорости

Мдв. ном МT и дв. ном н mах iP0.

Электродвигатели постоянного тока целесообразно применять для объектов с толчкообразной нагрузкой и если требуется широ­кий диапазон плавного регулирования скорости. Достаточно вы­сокое быстродействие и КПД двигателей обусловили их широкое применение с комплектными тиристорными преобразователями в системах регулирования подачи шпалорезных установок, лесо­пильных рам, различных деревообрабатывающих станков.


Регулирование скорости двигателей происходит за счет изме­нения приложенного к якорю напряжения или изменения напря­жения подводимого к обмотке возбуждения. Возможно совместное регулирование, которое называют двухзонным.

Уравнения семейства механических характеристик дв) и скоростных (Uя) двигателя постоянного тока с независимым возбуждением имеют вид

где — угловая скорость; Мдв — вращающий момент на валу электродвигателя; Uя — напряжение, приложенное к якорю; Rя — сопротивление якорной цепи; Мпуск — пусковой момент; Мст — статический момент нагрузки; Се — коэффициент ЭДС; Кмко­эффициент вращающего момента.


Перепишем:

Уравнение цепи возбуждения: ен в = i в R в + L в p i в (6) Уравнение равновесия моментов: Ip = M— МС. Решив совместно уравнения (6), получим уравнения динамики двигателя:


где Тм IKм — электромеханическая постоянная времени; Км= = с/ Мсо — коэффициент передачи по статическому моменту; КД = 0уст / ен я —коэффициент передачи по управляющему воздействию; Кст= М'/ — коэффициент скоростного трения.

Перейдя к изображениям, уравнение (8) можно записать

где W1 (р), W2 (р) — передаточные функции двигателя по управ­ляющим воздействиям по цепи якоря и по цепи возбуждения; Wf (p) — передаточная функция двигателя по возмущающему воз­действию по нагрузке.

Структурные схемы для этих воздействий представлены на рис. 30, в.

Исполнительные механизмы с двигателями переменного тока.

Двухфазные двигатели применяются в однооборотных исполнительных механизмах ДР, ПР, ИМ, ИМТ, КДУ и др. Они выпускаются с полым немагнитным и ферромагнитным коротко-замкнутым роторами. Принципиальная схема включения представ­лена на рис. 31, а. ИП — источник питания, оси обмотки управ­ления ОУ и обмотки возбуждения ОВ смещены на 90°, что обеспе­чивается конденсатором С.

Механические характеристики двухфазного двигателя (рис. 31, б) определяются экспериментально. Параметры емкости С указаны в технических данных двигателя. Механические характеристики = f (М) соответствуют определенному значению амплитуды Uy напряжения управления (Uy<Uy2<Uy3), U'y = Uy2Uy. Ап­проксимируя механические характеристики в точке рабочего ре­жима А, можно записать уравнение двигателя в приращениях:

где —коэффициенты передачи

двигателя соответственно по управляющему воздействию и по моменту.

Используя уравнение движения


где ТM = IKД.М— электромеханическая постоянная времени дви­гателя.

Асинхронные трехфазные электродвигатели ис­пользуют в качестве постоянно вращающихся исполнительных ме-


 


и не учитывая инерционности цепи управления ввиду ее малости, запишем дифференциальное уравнение двигателя


Рис. 31. Двигатели переменного тока:

a — принципиальная схема включения двухфазного двигателя; б — его механические характеристики; в — принципиальная схема асинхронного трехфазного электродвигателя; г — его механические характеристики при измерении сопротивления в цепи ротора; д — характеристики электродвигателя при изменении частоты питающего напряжения; е — исполнительный механизм с двигателем переменного тока

ханизмов. Управление этими двигателями осуществляется путем использования добавочных сопротивлений в цепи ротора, измене­нием подводимого к статору напряжения или совместным измене­нием частоты и напряжения питания (рис. 31, в).


Для первого случая регулирования механические характери­стики описывают упрощенным уравнением

где МКр — критический момент; S = ( о )/ 0 — скольжение: Sкр = R'2/XK З — критическое скольжение; XK З — индуктивное сопротивление короткого замыкания.

Приведенное полное активное сопротивление ротора R2e = R'2 при отсутствии дополнительного сопротивления. Рассматривая R'2 как параметр управления, можно построить семейство механиче­ских характеристик (рис. 31, г) и учитывая, что R'2 = R'22R'21 получим уравнение механической характеристики в приращениях:

Без учета электромагнитных процессов дифференциальное урав­нение двигателя

При частотном управлении (рис. 31, д) управляющим воздейст­вием является частота питающего напряжения /, которой соответст­вует синхронная скорость 0 = 2 f1/p.

Упрощенно динамика процессов описывается уравнением рав­новесия моментов (6) и зависимостью (10) момента двигателя М от скольжения S, если двигатель работает на спрямленном участке механической характеристики с нагрузкой от М = 0 до М = = 1,2 Мн. При этом

гдеTф. э = 1/( 0Sкр) — фиктивная электромагнитная постоянная времени; Мф = 2MKp/SKp — фиктивный момент при = 0; Мкр и Sкр — критические момент и скольжение для данной характери­стики.


где Kд.м = / М = о/ Мф—коэффициент передачи двигателя по моменту.

Структурная схема данного двигателя соответствует уравне­ниям (10) и (11) и идентична структурной схеме двигателей по­стоянного тока.

Переходя к приращениям в окрестности точки А и полагая, что S = ( 0 )/ о, получим


Агрегатные унифицированные исполнительные механизмы.При

решении задач автоматизации технологических процессов эконо­мически выгодно использовать универсальные регуляторы обще­промышленного назначения вместо создания специализированных устройств. Универсальные регуляторы и исполнительные механизмы изготовляют по нормам Государственной системы приборов (ГСП) для создания необходимых воздействий на объект.

Унификация входных и выходных сигналов позволяет сопря­жение устройств при создании агрегатных комплексов с широкими функциональными возможностями. Агрегатные исполнительные ме­ханизмы могут выполнять как простые операции (открыть—за­крыть), так и более сложные (многоступенчатое и пропорциональ­ное перемещение).

С приводом от асинхронных электродвигателей отечественная промышленность выпускает механизмы с постоянной скоростью, различаемые по числу оборотов выходного вала — однооборот-ные и многооборотные.

Однооборотными называют механизмы, у которых ра­бочий угол поворота выходного вала не превышает 360°, а чаще не более 180°. Наиболее распространены однооборотные исполни­тельные механизмы ДР, ПР, ИМ, ИМГ, КДУ, МЭК и др. У мно­гооборотных исполнительных механизмов выходной вал за цикл управления делает несколько оборотов. Применяют их обычно для управления задвижками и вентилями, требующими плотной затяжки.

Механизм ДР предназначен для двухпозиционного регулирования и имеет две модификации: с реверсивно поворачиваю­щимся (на угол до 180°) выходным валом и поступательно переме­щающимся штоком (ход 19 мм). Асинхронный электродвигатель через редуктор приводит в движение вал, соединенный с рабочим органом, наличие блокировочных устройств позволяет через каж­дые 180° поворота вала отключать электродвигатель, что дает воз­можность открывать или закрывать рабочий орган регулятора.


Механизм ПР отличается от ДР наличием двух приводных дви­гателей с общим валом, но вращающихся в противоположные сто­роны. На выходном валу механизмов типа ПР установлены конеч­ные выключатели, ограничивающие угол поворота вала, и реостат, который может быть использован для дистанционного контроля или обратной связи. Механизм ПР предназначен для статического регулирования.

Механизм ИМ (рис. 31, е) — устройство, также предназначен­ное для статического регулирования. Механизм типа ИМ-2/120 приводится от двухфазного реверсивного конденсаторного двига­теля через редуктор. Изменение направления вращения достигается переключением конденсатора С из цепи обмотки W1 в цепь обмотки W2. Эти механизмы снабжены реостатом обратной связи R3 и штур­валом ручной настройки RH.

На валу с кривошипом укреплены два кулачка, воздействую­щие в крайних положениях на конечные выключатели SQ1, SQ2


и движок сопротивления R3. Наибольший угол поворота — 120° Сопротивление R3 используется для сигнализации о положении регулирующего органа.

§ 15. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ

ПРИВОДАМИ

Электромагнитные исполнительные механизмы объединяют при­воды с электромагнитами и приводы с электромагнитными муфтами Исполнительные механизмыс приводом от электромагнитных

Рис. 32. Принципиальные схемы электромагнитных приводов:

а - электромагнитные муфты скольжения; б - электромагнит; в - характеристики

электромагнита

муфт.Такие механизмы применяются в основном для передачи вращательного движения. Существует два типа муфт: фрикционные и электромагнитные муфты скольжения.

Фрикционные муфты предназначены для периодического включения и отключения валов механизмов. Конструктивно они


состоят из ведомых и ведущих дисков муфт. Силы трения, возни­кающие между их поверхностями, позволяют передавать крутя­щий момент. Электромагнитные муфты скольжения представляют собой устройства для плавного регулирования ча­стоты вращения рабочего вала, приводимого в движение электро­двигателем переменного тока, в пределах 1 10 (рис. 32, а).

Муфта состоит из двух половин — ведущей (якоря) 1, ведомой (индуктора) 2 с обмоткой 3. Первая приводится от асинхронного электродвигателя, вторая соединена с валом рабочей машины че­рез шкив 6. Обмотка питается постоянным током от усилителя ЭУ, присоединенного через сопротивление R4 к контактным коль­цам 5. С изменением силы тока в обмотке изменяются величина магнитного потока и величина скольжения ведомой части муфты 2 относительно ведущей 1. При этом плавно изменяется частота вращения вала муфты.

Тахогенератор и электронный усилитель образуют контур от­рицательной обратной связи по скорости, что позволяет стабили­зировать заданную скорость. Муфты имеют низкий КПД, поэтому применяют их редко. В эксплуатации можно встретить приводы подач деревообрабатывающих станков с муфтами скольжения типа ПМС-М в стружечных, шлифовальных, рейсмусовых и других станках.

Исполнительные механизмы с электромагнитным (соленоидным) приводом.Их используют в случаях, когда регулирующему органу необходимо сообщать поступательное перемещение. Поэтому эти механизмы применяют при двухпозиционном регулировании.


где dGВ/d — магнитная проводимость воздушного зазора ; I — сила тока в обмотке; W — число витков обмотки. Время срабатывания электромагнита может быть определено по формуле


Тяговое усилие электромагнитов определяется по формуле

где Т = L/R — постоянная времени электромагнита; L — индук­тивность обмотки при опущенном якоре, Гн; R — активное сопро­тивление обмотки, Ом; Кэ = Ip /Icp — коэффициент запаса элек­тромагнита по току; Ip и Icp —рабочий ток и ток срабатывания электромагнита соответственно.

Электромагниты широко используют для управле­ния гидравлическими золотниками, пневматическими кранами, тормозными устройствами, переключением механизмов в станках, прессах и поточных линиях. Электромагниты имеют несколько конструктивных исполнений (см. рис. 32, б) с катушкой / и посту­пательно перемещающимся якорем 2. Могут изготавливаться с яко­рем, поворачивающимся на некоторый угол.

Тяговое усилие в паспортах электромагнитов указывается для максимального рабочего хода X. Для питания электромагнитов


используют как постоянный, так и переменный ток. Часто приме­няют короткоходовые электромагниты (2—5 мм) МП, длинноходо-вые (50—150 мм) КМП, ВМ, электромагниты переменного тока длинноходовые ЭС (однофазные) и КМТ (трехфазные).

Тяговые характеристики электромагнитов представлены на рис. 32, в. Из характеристик очевидно, что при равных условиях у электромагнитов переменного тока тяговая характеристика хуже. Величина переменного тока зависит от воздушного зазора.





Рекомендуемые страницы:


Читайте также:



Последнее изменение этой страницы: 2016-04-10; Просмотров: 932; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2021 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.036 с.) Главная | Обратная связь