Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 8

Изучение динамических свойств исполнительных

Механизмов мэо 40/63-0,25 и им 2/120, работающих совместно с бесконтактным пускателем пбр-2м

Цель работы:

1. ознакомиться со схемами исполнительных механизмов МЭО 40/63-0,25 и ИМ 2/120 и пускателя ПБР- 2м;

2. разработать схемы дистанционного управления исполнительными механизмами от кнопок управления через магнитный пускатель;

3. изучить схемы подключения МЭО 40/63-0,25 к ПБР- 2м и дистанционному указателю положения выходного вала;

4. экспериментально получить импульсную характеристику МЭО 40/63-0,25 совместно с ПБР- 2м при сопутствующей и встречной нагрузках на выходном валу исполнительного механизма.

1. Исполнительные механизмы и пускатели

1.1. Однооборотные исполнительные механизмы

Исполнительный механизм (ИМ) – специализированный привод регулирующего органа. Он включает в себя двигатель с редуктором, концевые и путевые выключатели и датчики положения выходного вала.

К однооборотным исполнительным механизмам относятся механизмы, угол поворота выходного вала которых не превышает 360. Однооборотные ИМ работают с бесконтактными и контактными пусковы­ми устройствами. Имеется много типов однооборотных ИМ.

Очень распространённые ИМ типа МЭО выпускаются в нескольких модификациях. Они характеризуются тремя величинами:

М_кр – номинальным крутящим моментом на выходном валу, величина которого указывается изготовителями в кгм или Нм ;

Т_ИМ – номинальным временем движения в секундах выходного вала ИМ от минимума до максимума в пределах _ИМ;

_ИМ – номинальным полным ходом выходного вала ИМ, величина которого даётся в долях одного оборота выходного вала.

Модификации МЭО имеют следующие стандартные значения этих величин:

М_кр = 40, 100, 250, 630, 1600, 4000 Нм ;

Т_ИМ = 10, 25, 63, 160 с;

_ИМ = 0,25; 0,63 об.

Например, модификация МЭО 40/63-0,25 имеет такие параметры: М_кр = 40 Нм; Т_ИМ = 63 с; _ИМ = 0,25 об.

Тормозное устройство в МЭО (в модификациях, снабжённых тор­мозным устройством) имеет электромагнитный привод в виде соленоида, срабатывающего при появлении напряжения питания на обмотке двигателя. Соленоид воздействует на тормозную колодку вала электродвигателя, растормаживая электродвигатель при включённом питании, при отключении питания тормозная колодка прижимается к тормозному барабану пружиной.

Выпускаются МЭО с различными комплектами датчиков положения выходного вала: реостатным датчиком БДР- 11 или двумя реостатными датчиками БСПР-10; индуктивным датчиком с устройством «люфт» БДИ-БЛ; токовым БДТ, состоящим из блока датчиков магнитных БДМ-2 и блока усилителей БУ-2 или токовым сигнализатором положения БСПТ-10; двумя индуктивными датчиками положения, располагаемыми в блоке датчиков БДИ-6 или БСПИ-10, в которых, кроме того, находятся четыре микровыключателя с двумя независимыми цепями каждый.

ИМ МЭО снабжаются двухфазными и трехфазными асинхронными двигателями, характеризующимися тем, что при непрерывном вращении в установившемся режиме они имеют постоянную скорость вращения. Это определяет название этих ИМ – исполнительные механизмы постоянной скорости.

Работа электрического ИМ постоянной скорости в релейном регу­ляторе происходит следующим образом. Релейный регулирующий прибор выдает серию импульсов напряжения Z_н, поступающих на обмотки двигателя. Каждый импульс длительностью t_имп. вызывает поворот выходного вала механизма на неко­торый угол  (рис. 1). При воздействии на механизм последователь­ности импульсов выходной вал поворачивается на угол , равный сумме уг­лов поворота, полученных от каждого импульса, т.е. ИМ является ин­тегрирующим устройством.

Современные АСР предъявляют к ИМ высокие требования в отношении их динамических свойств. В частности, ИМ должны обеспечить от­работку с минимальными искажениями импульсов длительностью порядка0,1 ... 0,2 с.

Эквивалентной скоростью ИМ называется отношение

Зависимость эквивалентной скорости ИМ от длительности импульсов, так называемая импуль­сная характеристика электрического ИМ, удобна для оценки динамических свойств ИМ.

У идеального ИМ величина s_экв. не зависит от длительности импульсов, её можно найти как s_экв.ид.= _ИМ / Т_ИМ. На рис. 2, на котором по оси ординат отложено отношение s_экв./s_экв.ид, эта зависимость эквивалентной скорости от продолжительности импульсов изображена как прямая 1.

На работу ИМ существенное влияние оказыва­ют инерция движущихся частей, переходные процессы в управляющем устройстве, в электромагнитном тормозе и т.п. За счёт этого эквивалентная скорость реального ИМ оказывается зависящей от длительности управляющих импульсов, от коэффициента заполнения импульсов, от направления приложения момента нагрузки, а импульсная характеристика становится нелинейной (см. рис. 2, кри­вые 2 и 3).

Кривая 2 соответствует нагружению ИМ номи­нальным моментом сопротивления (такую нагрузку называет встречной по направлению). Кри­вая 3 соответствует нагружению ИМ сопутствующей по направлению движения нагрузкой с величиной, составляющей половину номинальной нагрузки. При длительностях управляющих импульсов, больших 0,7...0,8 с, s_экв. почти не зависит от продолжительности импульсов t_имп.. Разница в s_экв., определяемая по кривым 2 и 3, зависит только от величины скольжения двигателя, т.е. от его статической характеристики.

Время разгона двигателя и время выбега при коротких управляющих импульсах становятся соизмеримыми с t_имп. и поэтому оказыва­ют влияние на s_экв. . При нагрузке ИМ встречным моментом время раз­гона возрастает, выбег уменьшается. Это приводит к уменьшению s_экв. , поэтому кривая 2 с укорочением длительности импульсов приближается к оси абсцисс.

При сопутствующей нагрузке время разгона уменьшается, а время выбега увеличивается. Из-за нелинейности этих процессов с уменьшением дли­тельности импульсов s_экв. вначале увеличивается, а затем резко спа­дает к оси абсцисс (кривая 3).

Если рассматривать ИМ как звено, входным сигналом которого яв­ляется длительность управляющих импульсов, а выходным – угол поворота выходного вала, то идеальный ИМ являлся бы линейным звеном. Реальный ИМ, у которого s_экв. не постоянна, представляет собой не­линейное звено регулятора. Неучёт этой нелинейности часто приводит к ошибкам в расчёте настроек промышленных регуляторов.

Импульсная характеристика электрического ИМ часто используется для количественной оценки динамических свойств ИМ. Импульсные характеристики выпускаемых в настоящее время ИМ должны укладываться в пределы, определяемые по следующей методике, принятой на заводах-изготовителях.

1) Берётся некоторая контрольная длительность управляющих импульсов, определяемая по эмпирической формуле

где Т_ИМ /_ИМ – время одного оборота ИМ, с.

2) При отработке импульсов длительностью t_имп.к относительная минимальная эквивалентная скорость s_{экв. мин.}/ s_экв.ид.(см. рис. 3) не должна быть меньше 0,15.

3) Максимальная эквивалентная скорость s_{экв.макс.} / s_экв.ид. при этой продолжительности импульсов не должна превышать 1,5.

4) Высота ''горба'' на кривой 3 не должна быть больше 2,5.

Можно видеть, что пределы, установленные заводами-изготовителями для оценки качества своей продукции, достаточно широки, поэтому при расчёте настроек регуляторов следует пользоваться экспериментально снятыми импульсными характеристиками ИМ, нагруженных в соответствии с режимом эксплуатации на автоматизируемом объекте.