Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АрхитектураБиологияГеографияДругоеИностранные языки
ИнформатикаИсторияКультураЛитератураМатематика
МедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогика
ПолитикаПравоПрограммированиеПсихологияРелигия
СоциологияСпортСтроительствоФизикаФилософия
ФинансыХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника

Исполнительные устройства с электродвигателями

Глава 1 | ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ | КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ | И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ | ВОСПРИНИМАЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ | ВОСПРИНИМАЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ РАСХОДА И УРОВНЯ | ИЗМЕРЕНИЙ | СТРУКТУРА И НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ | АВТОМАТИЧЕСКИЙ УЧЕТ СЫРЬЯ | АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ |


Читайте также:
  1. G.1.3 Устройства управления лифтом в кабине
  2. Автоматические устройства бытовых газовых плит
  3. Автоматическое управление устройства или схема автоматического диспетчерского управления.
  4. Большинство устройств автоматики или их комплексы служат средствами повышения безопасности. Все эксплуатируемые газовые приборы снабжены такими устройствами.
  5. В соответствии со ст. 16 и 25 УИК РФ исполнение наказания в виде обязательных работ возложено на уголовно-исполнительные инспекции по месту жительства осужденных.
  6. Вводно-распределительные устройства
  7. Внутреннее оборудование и устройства

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 постоянного тока. 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; М ст — статический момент; — КПД редуктора; I н — момент инерции нагрузки, включая момент инерции редуктора; I дв — момент инерции электродвигателя; i p — 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 е н я или обмотке возбуждения е н 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: е н я = е я + i я R я+ L я p i я.


 



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

По данному расчетному значению выбирается электродвигатель

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

Выбранный электродвигатель проверяют по моменту и скорости

М дв. 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; R я — сопротивление якорной цепи; Мпуск — пусковой момент; Мст — статический момент нагрузки; Се — коэффициент ЭДС; Км ко­эффициент вращающего момента.


Перепишем:

Уравнение цепи возбуждения: е н 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 ТмIK м — электромеханическая постоянная времени; К м= = 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 = IK Д.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

где T ф. э = 1/( 0 S кр) — фиктивная электромагнитная постоянная времени; М ф = 2MKp/SKp — фиктивный момент при = 0; Мкр и S кр — критические момент и скольжение для данной характери­стики.


где Kд.м = / М = о/ М ф—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 механизмы с 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.


Дата добавления: 2015-07-25; просмотров: 135 | Нарушение авторских прав


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
АВТОМАТИКИ| ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.019 сек.)