книги из ГПНТБ / Чижов, А. А. Автоматическое регулирование и регуляторы в пищевой промышленности учебник

При отсутствии сигнала управления подмагничивание левого и правого усилителей будет одинаковым, значит индуктивные со­ противления обмоток Wp\ и Wp2 будут равны, тогда токи гі~ = h~> но направлены встречно и величина результирующе­ го тока равна нулю. Характеристика управления такого усили­ теля может быть получена путем алгебраического сложения ор­ динат характеристик управления правого и левого магнитных усилителей (рис. 56).

В системах автоматического управления применяются все три схемы двухтактных усилителей (например, в электронном регуляторе ЭР-Т—59, в регулирующем блоке РП-1 системы ЭАУС, в измерительном блоке И-Т2—62 и др.).

ФАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Демодулятор (выпрямитель)— устройство, преобразующее входное напряжение переменного тока в напряжение постоянно­ го тока, снимаемого с выхода. При этом величина и полярность выходного напряжения определяются амплитудой и фазой вход­

ного сигнала.

Наиболее часто демодуляторы используются в следящих си­

70

на вход которого подаются напряжение входного сигнала Uc„ и опорное напряжение £/оп~, а с выхода снимается напряжение постоянного тока определенной величины и полярности. Опор­ ное напряжение U0n~ необходимо для определения полярности выходного напряжения, которая зависит от фазы управляюще­ го сигнала. Для нормальной работы демодулятора обязательно должно выполняться условие t/0 n~^> £/с~ и частота опорного напряжения и напряжения входного сигнала должна быть оди­

обмотки входного трансформатора Твх и к сопротивлению на­ грузки Ru. В первый полупериод при указанной на схеме по­ лярности оба диода открыты, по сопротивлениям нагрузки по­

напряжение U0п~ в обратной полярности. Среднее значение вы­ ходного напряжения

Рис. 58. Однополупериодный демодулятор.

Рис. 59. Двухполупериодный демодулятор.

71

как Іі — І2- Это означает, что схема сбалансирована относитель­ но опорного напряжения.

При и с~ ф 0 и U оп~ = 0 выходное напряжение должно быть равно нулю. Это означает, что схема сбалансирована относи­ тельно входного сигнала. По этим двум условиям обычно про­ веряют правильность работы демодулятора.

явится напряжение £/вых.ср> пропорциональное разности токов А

нить их по схеме, изображенной на рис. 59, то получится д з у х - п о л у п е р и о д н ы й демодулятор. Для нормальной работы такого демодулятора необходимо выполнить условие, при кото­ ром опорное напряжение t/on~ действует на обе половины схе­ мы синфазно, а напряжение входного сигнала t/cl~ имеет сдвиг по фазе на 180° относительно напряжения 11с2~. Работу схемы можно объяснить ключевым режимом. В первый'полуперпод ра­ ботает левая часть схемы. Диоды Д\ и Д2 открыты и представ­ ляют для напряжения входного сигнала малое сопротивление (ключи замкнуты). Ток сигнала AI протекает через сопротив­ ления нагрузки RH сверху вниз. Во второй полупериод работает правая часть схемы. Диоды Ді и Д 2 закрыты (ключи разомкну­ ты), а диоды Дз и Д4 открыты (ключи замкнуты). Ток, проте­ кающий через сопротивления нагрузки, не изменяет своего на­ правления. Для изменения направления тока необходимо одно­ временно изменить фазу t/Cx— и Uc2~ на 180° относитель­

но Uou~.

Двухполупериодный кольцевой демодулятор. На рис. 60 при­ ведена типовая схема двухполупериодного кольцевого демоду­ лятора. Условимся, что фаза опорного (коммутирующего) на­

Если в такой схеме изменить фазу напряжения входного сигна­

Рассмотрим работу схемы за один период переменного на­ пряжения. Предположим, что в первый полупериод полярность на выходных клеммах трансформаторов соответствует указан­ ной на рис. 60. Ток в сопротивлении нагрузки, _создаваемый

72

ты опорным напряжением. Все четыре диода можно заменить ключами. Ключи Кз и К а замкнуты, а ключи К і и К2 разомкну­ ты. Если в первый полупериод ключи К\ и Д2 разомкнуты, то их можно исключить из рассмотрения и получить упрощенную

снимаемым с половины обмотки трансформатора Тс. Изменив полярность на клеммах обоих трансформаторов во втором полупериоде, видим, что диоды Д 3 и Д 4 закрыты, а диоды Д\ нД 2 открыты. Получаем упрощенную эквивалентную схему, изобра­ женную на рис. 61,6. В ней направление тока в нагрузке не из­ менилось и во втором полуперноде. Среднее значение выходного напряжения двухполупериодной схемы демодулятора

U. 2 V 2 U„ 0,9 Uc „ .

Фазочувствительные устройства применяются в электронном регулирующем блоке БЭР-2К и в усилителе системы «Кри­ сталл».

тора.

73

Схемы демодуляторов на диодах являются обратимыми, т. е. эти схемы могут быть использованы как модуляторы. Для этой цели на вход подается постоянное напряжение, а с выхода сни­ мается переменное напряжение. Модуляторы преобразуют сиг­ нал постоянного тока в сигнал переменного тока, фаза и ам­ плитуда которого зависят от полярности и величины сигнала постоянного тока.

§ 3. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА, КЛАССИФИКАЦИЯ

Исполнительные механизмы (ИМ) являются составной ча­ стью любой системы автоматического регулирования. От свойств исполнительного механизма зависит качество переход­ ного процесса. Исполнительный механизм предназначен для преобразования входного сигнала, поступающего от регулирую­ щего устройства, в пропорциональное перемещение регулирую­ щего органа, который, перемещаясь, изменяет приток и сток ве­ щества или энергии и этим оказывает регулирующее воздейст­ вие на объект. Исполнительные механизмы являются приводами регулирующих органов.

Обычно исполнительные механизмы входят в состав автома­ тического устройства, которое включает в себя также регули­ рующий орган, а иногда и усилитель. Преобразование получае­ мого сигнала в движение регулирующего органа осуществляет­ ся исполнительным механизмом за счет использования энергии от вспомогательного источника. В зависимости от вида энергии, которую потребляют исполнительные механизмы, они подразде­ ляются на электрические, гидравлические и пневматические. Наиболее широкое применение в пищевой промышленности по­ лучили пневматические и электрические исполнительные меха­ низмы.

Исполнительные механизмы, применяемые в системах авто­ матического регулирования, должны отвечать следующим тре­ бованиям:

1 ) развивать перестановочное усилие, достаточное для пре­ одоления реакции (сопротивления) рабочих частей регулирую­ щего органа на всем диапазоне перемещения;

2 ) обладать детектирующим действием, т. е. передавать воз­ действия только в одном направлении: от регулирующего уст­ ройства к регулирующему органу и регулируемому объекту;

3)чувствительность, гистерезис и люфт исполнительного ме­ ханизма должны быть соизмеримы со значениями аналогичных показателей других звеньев регулятора;

4)конструкция исполнительного механизма должна содер­ жать дополнительные устройства, такие, как ручной привод ме­ стного управления регулирующим органом, местный указатель положения выходного звена, устройство ручной подрегулировки начального и конечного положений рабочих частей регулирую­ щего органа.

74

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Электрические исполнительные устройства (электродвигате­ ли) широко используются в схемах управления, регулирования и контроля в качестве силовых и преобразующих элементов. Они изготовляются мощностью от 0,01—0,1 до 500—600 Вт с ча­ стотой вращения от долей до 1 0 0 0 0 0 об/мин и. частотой коле­ баний от 50 до 2000 Гц.

Электродвигатели могут работать в установках как в каче­ стве исполнительных, так и вспомогательных устройств и пред­ назначены для привода во вращение отдельных узлов автома­

торные. Асинхронные и синхронные электродвигатели являются двигателями переменного тока; коллекторные — бывают двига­ телями постоянного тока и универсальными. Асинхронные элек­ тродвигатели применяются там, где колебание скорости допус­ тимо для исполнительного механизма; синхронные — там, где требуется строгое постоянство скорости вращения. Коллектор­ ные электродвигатели постоянного тока могут быть использова­ ны в случаях, когда требуется постоянство, а также регулиро­ вание скорости.

Исполнительные устройства различаются также по скорости движения: с постоянной скоростью движения и с переменной скоростью, пропорциональной величине полученного сигнала. Исполнительные механизмы с постоянной скоростью имеют по­ стоянную скорость перемещения выходного вала, не зависящую от величины отклонения регулируемого параметра, на всем пути движения. Исполнительные механизмы с переменной скоростью перемещения имеют переменную скорость перемещения выходно­ го вала (или штока), зависящую от величины управляющего воздействия и пропорциональную ей. С пропорциональной

скоростью работают гидравлические и пневматические меха­ низмы.

Электрические исполнительные устройства бывают однообо­ ротные, многооборотные и постоянновращающиеся. У однообо­ ротных исполнительных механизмов рабочий угол поворота вы­ ходного вала не превышает 360°. Они используются для при­ вода таких регулирующих органов, как заслонки, краны и г. п. Многооборотные электрические исполнительные устройства при­ меняются для управления запорными регулирующими органа­ ми (вентилями, задвижками).

Для работы с электрическими или электронными регулято­ рами релейного действия применяются приводы двухпозицион­ ного типа ДР-М и ДР-1М. Электродвигатель исполнительного механизма ДР-1М состоит из одного короткозамкнутого ротора

75

(типа беличьего колеса) и статора. Потребляемая мощность — 60 Вт, частота вращения — 1500 об/мин, напряжение питания — 220 В переменного тока. Исполнительный механизм ДР-М от­ личается от исполнительного механизма ДР-1М только тем, что кроме вращающегося выходного вала с диском и пальцем имеет еще кронштейн и плунжер. Плунжер при работе исполнительно­ го механизма совершает возвратно-поступательное движение вверх-вниз на протяжении 19 мм, что соответствует полному ходу разгруженного двухседельного регулирующего клапана с ли­ нейной характеристикой.

Принцип работы механизмов ДР-М и ДР-1М в системе двух­ позиционного регулирования показан на рис. 62, в. В исходном положении ползун 3 всегда находится на контактах 4 или 6, выступающих над токонесущей пластиной 5. Замыкание контак­ та датчика 1 приводит к вращению электродвигателя 2. Ползун 3, связанный с валом электродвигателя, сойдет с контактов 4

76

или 6 на пластину 5, обеспечивая цепь питания электродвигате­ ля. Сделав пол-оборота, ползун перейдет на контакт 6 или 4 и остановит привод. Электродвигатель вращается всегда в одном направлении, а изменение положения регулирующего органа достигается сочленением его рычагов с диском исполнительного механизма.

Электрические исполнительные механизмы ПР-М и ПР-1М предназначены для перемещения регулирующего органа в си­ стеме пропорционального регулирования в комплекте с баланс­ ным реле БР-3. В механизмах ПР-М и ПР-1М использован двухфазный реверсивный конденсаторный электродвигатель, из­ менение направления вращения которого осуществляется пере­ ключением конденсатора из цепи одной обмотки в цепь другой (рис. 62,г). Механизмы ДР-М и ПР-М отличаются от механиз­ мов ДР-1М и ПР-1М возможностью сочленения с регулирую­ щим органом как при помощи диска, так и при помощи штока, что обеспечивает поступательное движение.

В пищевой промышленности применяются и другие типы ис­ полнительных механизмов. Электрический исполнительный ме­ ханизм ИМ-2/120 имеет электрическую схему, аналогичную схе­ ме механизмов ПР. Реостат обратной связи имеет сопротивле­ ние 120 Ом. Электрические исполнительные механизмы типа ИМТ имеют четыре модификации: ИМТ-12/120, ИМТ-25/120, ИМТ-12/60 и ИМТ-6/30. Числитель дроби в обозначении типа равен моменту сил на выходном валу в Н-м. Знаменатель той же дроби — время полного перемещения выходного вала в се­ кундах. Приводом исполнительного механизма является асин­ хронный электродвигатель мощностью 150 Вт типа ФАД-150/4. Для уменьшения инерционных выбегов на электродвигателе ус­

КДУ-1/ПС, КДУ-11/П и КДУ-11/ПС. Индекс 1 указывает на на­ личие концевых выключателей, реостатного датчика для дистан­ ционного указателя положения и трансформатора с выпрямите­ лем для питания узла указателя положения. Механизмы с индек­ сом 1 1 отличаются от механизмов с индексом 1 наличием допол­ нительного индукционного датчика плунжерного типа для обрат­ ной связи по положению выходного вала. Индекс П обозначает наличие в механизмах путевых выключателей хода, электриче­ ски связанных с концевыми выключателями; ПС — отсутствие этой электрической связи. В качестве сервопривода использует­ ся трехфазный асинхронный электродвигатель, работающий при напряжении 220/380 В и частоте 50 Гц. Передаточная ф ункция всех электрических механизмов равна:

К

1Г(р) =

Р ( Т р + \ У

77

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Гидравлические исполнительные механизмы предназначены для перемещения регулирующего органа и выпускаются двух ти­ пов: прямого хода с поступательным движением штока (СПГП), кривошипные с поворотным валом (СПГК).

На рис. 63 представлена схема кривошипного гидравлическо­ го привода. В чугунном цилиндре 1 находится поршень 2. При помощи шатуна 3 поршневой палец соединен с кривошипом 6. Последний насажен на вал 5, один конец которого через уплот­ нительный сальник выведен из корпуса цилиндра наружу. На наружный конец вала насажен ведущий рычаг 7, сочленяемый при помощи тяги с регулирующим органом. Штуцера 8 служат для подвода масла от регулятора, а пробка 4 — для удаления воздуха из корпуса привода. Привод крепится с помощью пли­ ты 9. Угол поворота кривошипа исполнительного механизма СПГК равен 90°. При разности давлений по обеим сторонам поршня возникает усилие, которое создает перестановочное уси­ лие, вызывающее движение поршня. Кривошипно-шатунный ме­ ханизм преобразует поступательное движение поршня во вра­ щательное движение вала 5 и рычага 7.

Промышленность выпускает три типоразмера кривошипных исполнительных механизмов (СПГК-1, СПГК-2 и СПГК-4), ко­ торые соответственно имеют диаметр поршня 80, 120 и 150 мм. Наибольший крутящий момент, развиваемый СПГК-1, равен 764 Н-м, СПГК-2—1,77 кН-м, а СПГК-4—3,14 кН-м.

Гидравлические исполнительные механизмы прямого хода

поршне эти исполнительные механизмы развивают усилия 345, 510, 1200 и 1920 Н-м. Полный ход поршня у всех типов СПГП равен 2 0 0 мм.

78

ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

В качестве исполнительных механизмов в комплекте с пнев­ матическими регуляторами применяются мембранные и порш­ невые приводы. Мембранные пневмоприводы выполняются двух видов: прямоходные, служащие для управления регулирующи­ ми дроссельными клапанами и конструктивно объединенные с ними: рычажные, предназначенные в основном для управления поворотными заслонками. Поршневые пневмоприводы отличают­ ся от мембранных большей величиной перемещения рабочего органа и большим развиваемым усилием. Конструктивно порш­ невые пневмоприводы выполняются с цилиндром одноили дву­ стороннего действия.

Схема мембранно-пружинного привода прямого хода приве­ дена на рис. 64. Привод состоит из эластичной мембраны 3, ко­ торая зажата между верхней 2 и нижней 6 крышками. Под мембраной находится металлический диск 4, являющийся же­ стким центром мембраны. Диск 4 опирается на стакан 5, кото­ рый находится на верхнем конце цилиндрической пружины 8.

Нижний конец пружины опирается на опору 9 с ша­ риковым подшипником, ко­ торый предназначен для об­ легчения регулировки степе­ ни предварительного сжа­ тия пружины гайкой 14 и предотвращения скручива­ ния мембраны. К центру стакана 5 прикреплен шток 7 привода. Для крепления привода к корпусу регули­ рующего органа предусмот­ рен кронштейн 11. Для оп­ ределения перемещения штока 7 предназначены диск 12 и шкала 10. Шток 7 при помощи гайки 13 соединяет­ ся со штоком регулирующе­ го органа.

В крышке 2 имеется от­ верстие 1, через которое в камеру над мембраной пос­ тупает сжатый воздух от уп­ равляющего устройства или усилителя регулятора. Ка­ мера под мембраной сооб­ щена с атмосферой. В при­ воде происходит преобразо-

79