книги из ГПНТБ / Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок учеб. пособие

будет меняться ток возбуждения в обмотке возбуждения ОВГ генератора Г, что приводит к изменению его э. д. с. и, следовательно, напряжения подводимого к двигателю Д. Тахогенератор ТГ, установленный на одном валу с двигателем Д, развивает э. д. с., пропорциональную частоте вращения со вала двигателя. Вольтметр, подключенный к щет­ кам тахогенератора, со шкалой, проградуированной в единицах час­

тоты вращения, позволяет осуществлять только визуальный контроль за частотой вращения двигателя. Если характеристики машин стабтільны, то каждому положению движка реостата будет соответствовать определенное значение частоты вращения двигателя. В данной системе имеет место воздействие регулятора на объект, но обратного воздейст­

Если соединить выход системы с регулятором таким образом, чтобы на регулятор все время поступало два сигнала - сигнал с задатчика и сигнал с выхода объекта, то получим систему, работающую по з а м к-

10

н у т о м у ц и к л у (см. рис. 1,6). В такой системе существует воз­ действие не только регулятора на объект, но и объекта на регулятор. На рис. 2, б приведена схема управления частотой вращения двига­ теля Д постоянного тока, в которой выход системы посредством тахогенератора ТГ, реостата Ръ усилителя У и двигателя ЦП привода ползунка реостата Р соединен с входом системы. Здесь существует автоматический контроль за частотой вращения двигателя. Любое изменение частоты вращения приведет к появлению сигнала на дви­ гателе ДП, который переместит ползунок реостата Р в ту или другую стороны от положения, соответствующего заданной частоте вращения двигателя Д. Если частота вращения по какой-либо причине умень­ шится, то ползунок реостата Р займет положение, при котором ток возбуждения в обмотке возбуждения OB генератора увеличится. Это приведет к увеличению напряжения генератора, а следовательно, и к увеличению частоты вращения двигателя Д, которая примет пер­ воначальное положение.

При увеличении частоты вращения двигателя Д произойдет пере­ мещение ползунка реостата Р в обратном направлении, что и приве­ дет к уменьшению частоты вращения двигателя Д.

Разомкнутая система автоматического регулирования самостоя­ тельно, без вмешательства оператора, не может изменить режим своей работы, если стали иными возмущения, поступающие на систему. Замкнутая система автоматически реагирует на любые изменения, происходящие в системе.

1.3. СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ

В настоящее время применяются три способа регулирования: 1) по отклонению регулируемой величины, 2) по возмущению (по нагрузке), 3) комбинированный.

С п о с о б р е г у л и р о в а н и я по о т к л о н е н и ю регу­ лируемой величины рассмотрим на примере системы регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока (рис. 2, б). При работе двигатель Д, являясь объектом регулирования, испытывает на себе действие различных возмущений (изменения нагрузки на валу дви­ гателя, напряжения питающей сети, частоты вращения двигателя, приводящего во вращение якорь генератора Г, изменение температуры окружающей среды, приводящее в свою очередь к изменению сопро­ тивления обмоток, а следовательно, и токов, и т. п.).

Все эти возмущения вызовут отклонение частоты вращения двига­ теля Д, что повлечет за собой изменение э. д. с. тахогенератора ТГ. В цепь тахогенератора ТГ включен реостат Рг. Напряжение U0, сни­ маемое с реостата Ръ включено встречно с напряжением тахогенератора и 7Г. В результате этого получается разность напряжений е = ІІ0— UTr, которая через усилитель У подается на двигатель Д П , перемещающий ползунок реостата Р. Напряжение U0 соответствует заданному зна­

11

Если под действием возмущений разность между этими величинами (отклонение) превысит заданный предел, то на регулятор поступит задающее воздействие в виде изменения тока возбуждения генератора, которое заставит это отклонение уменьшиться. В общем случае система] работающая по способу отклонения, представлена схемой на рис. 3, а.

Б

Рис. 3. Схемы способов регулирования:

Отклонение регулируемой величины приводит в действие регулирѵюЭТп действие всегда направлено так, что оно уменьшает

пп™™ГТВИе Рег>’лиРУЮІнего органа при регулировании по отклонению происходит независимо от того, по какой причине произошло изме-

достоинством*^ н н п ВеЛИЧИГ ' Эт0’ несомненно> является большим достоинством данного способа.

12

теме применяются устройства, компенсирующие влияние изменения возмущающего воздействия.

В качестве примера рассмотрим работу генератора постоянного тока (рис. 4). Генератор имеет две обмотки возбуждения: ОВъ вклю­ чаемую параллельно якорной цепи, и 0В2, включаемую на сопротив­

от суммарной м. д. с. F — Fx +F2. При увеличении тока нагрузки /

I

Рис. 4. Принципиальная схема регулирования напряжения генератора постоянного тока:

Г — генератор: OBt и 0 В 2 — обмотки возбуждения генератора; R H— сопроти­

вление нагрузки; Ft и Г2 — магнитодвижущие силы обмоток возбуждения; Лш — сопротивление.

(сопротивление нагрузки R H уменьшается) напряжение генератора Uг должно было бы уменьшиться за счет увеличения падения напря­ жения в якорной цепи генератора, но этого не произойдет потому, что м. д. с. F2 обмотки возбуждения 0В2 возрастает, так как она про­ порциональна току нагрузки /. Это приведет к возрастанию суммарной м. д. с., а следовательно, к выравниванию напряжения генератора. Так происходит компенсация падения напряжения при изменении тока нагрузки — основного возмущения на генератор. Сопротивление

R ш в данном случае является устройством, позволяющим измерять возмущение — нагрузку.

В общем случае схема системы, работающей по способу компенсации возмущения, показана на рис. 3, б.

Возмущающие воздействия могут быть вызваны разными причинами, поэтому их может быть не одно, а несколько. Это приводит к усложне­ нию анализа работы системы автоматического регулирования. Обычно

13

ограничиваются рассмотрением возмущающих воздействий, вызванных

К о м б и н и р о в а н н ы й с п о с о б р е г у л и р о в а н и я (см. рис. 3, в) сочетает в себе два предыдущих способа: по отклонению и по возмущению. Он применяется при построении сложных систем автоматики, где требуется высококачественное регулирование.

Как следует из рпс. 3, при любом способе регулирования всякая система автоматического регулирования состоит из регулируемой (объект регулирования) и регулирующей (регулятор) частей. Регу­ лятор во всех случаях должен иметь чувствительный элемент, который измеряет отклонение регулируемой величины от предписанного зна­ чения, а также регулирующий орган, который обеспечивает восста­ новление заданного значения регулируемой величины после ее откло­ нения. Если в системе регулирующий орган получает воздействие непосредственно от чувствительного элемента и приводится им в дей­

В регуляторах прямого действия чувствительный элемент должен развивать достаточную мощность для изменения положения регули­ рующего органа. Это обстоятельство ограничивает область применения прямого регулирования, так как чувствительный элемент стремятся сделать малогабаритным, что в свою очередь создает трудность в полу­ чении усилий, достаточных для перемещения регулирующего органа.

Для повышения чувствительности измерительного элемента и полу­ чения достаточной мощности для перемещения регулирующего органа применяются усилители мощности. Регулятор, работающий с усили­

ре г у л и р о в а н и я .

Всистемах непрямого регулирования для перемещения регулирую­ щего органа используют вспомогательные механизмы, действующие от постороннего источника энергии или за счет энергии регулируе­ мого объекта. При этом чувствительный элемент воздействует только на управляющий орган вспомогательного механизма.

1.4. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ

Любая система автоматики состоит из отдельных связанных между собой элементов. Э л е м е н т о м а в т о м а т и к и называют часть ™ ы автоматики, в которой происходят качественные или коли­ чественные преобразования физической величины, а также передача

Н0Г°, в,03ДеЙСТМЯ °Т и д у щ е г о » т а к В Д у ю

щему. В разделе 1.3 мы уже познакомились с некоторыми элементами систем автоматики. Рассмотрим, из каких основных элементоГсостои? система автоматики и каково назначение этих элементов ™ „омыми элементами являются: чувствительные элементы — датчики, преоб­

14

разователи, элементы сравнения, усилители, исполнительные меха­ низмы (элементы), объекты регулирования, корректирующие элементы и элементы настройки. Дополнительно могут использоваться командо­ аппараты, аппараты защиты и контрольно-измерительные приборы.

Д а т ч и к и измеряют выходные (регулируемые) величины объек­ тов регулирования и могут преобразовывать, если в этом есть необхо­ димость, измеренные величины одной физической природы в другую

П р е о б р а з о в а т е л и служат для преобразования сигналов из одной формы в другую (например, переменного тока — в постоян­ ный, переменного тока одной частоты — в переменный ток другой частоты и т. п.). Преобразователи в системах автоматического регули­

дающего воздействия х (t) и регулируемой величины у {t). Получаемая на выходе элемента сравнения разность е (/) = х (/) — у (t) подается по цепи воздействия либо непосредственно на исполнительный меха­ низм, либо на исполнительный механизм через усилитель. Во многих системах автоматики элементы сравнения как таковые отсутствуют, являясь частью других устройств (например, в электромашинном усилителе его магнитная система может выполнять роль этого элемента, сравнивая магнитные поля двух обмоток, и т. п.).

У с и л и т е л и в системах автоматики предназначаются для усиления либо задающего воздействия x(t), либо разности е (/), если этих воздействий недостаточно для нормальной работы регулятора,

Широкое распространение получили магнитные, электромашинные, электронные, полупроводниковые и другие усилители.

И с п о л н и т е л ь н ы е м е х а н и з м ы предназначены для изменения регулируемых величин в требуемом направлении или под­ держания их в заданных пределах. Устройство исполнительного меха­ низма зависит от того, для какого объекта применяется САР. Так, для объектов, в которых необходимо регулировать температуру, исполни­ тельным механизмом будет нагревательное устройство, при создании

дел 1.1), — это устройства (среда), в которых необходимо поддержи­ вать в заданных пределах или изменять в заданном направлении пока­ затели процесса — регулируемые величины. Так, например, в обогре­ вателях для цыплят поддерживают постоянной температуру воздуха

с помощью которых в системы автоматики подаются задающие воздей­ ствия X (і). В качестве элементов настройки применяют потенциометры, сельсины, вращающие трансформаторы и т. д.

15

К о р р е к т и р у ю щ и е э л е м е н т ы в системах автоматики предназначаются для улучшения регулировочных свойств САР в целом

обеспечения защиты при аварийных режимах. Подачу различных команд и воздействий осуществляют через кнопки, командоаппараты, переключатели, конечные выключатели и др. Рать элементов защиты выпатняют тепловые реле, плавкие предохранители, автоматы, макси­ мальные токовые реле и др.

1Л. ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Автоматическое поддержание заданного закона изменения пока­ зателей процессов в САР осуществляется с помощью обратных связен. Обратные связи подразделяют на жесткие и гибкие, отрицательные и положительные, главные и местные.

Рассмотрим назначение и принцип действия обратной связи на примере системы управления частотой вращения двигателя постоянного тока (см. рис. 2, б). Здесь двигатель Д является объектом регулирова­ ния, а частота вращения двигателя о> — регулируемой величиной. Для поддержания регулируемой величины в заданных пределах регу­ лирующее воздействие, поступающее на объект, формируется с учетом значения регулируемой величины. Тахогенератор ТГ, установленный на вал двигателя, измеряет значение регулируемой величины и преоб­ разовывает ее из частоты вращения двигателя в электрический сигнал— э. д. с. тахогенератора, которая сравнивается с напряжением £/„. Разность е между ними подается по цепи воздействия на регулируемый объект.

В этой системе тахогенератор ТГ осуществляет связь выхода сис­ темы автоматического регулирования частоты вращения двигателя Д с ее входом. Такая связь называется о б р а т н о й с в я з ь ю . Термин «обратная связь» возник потому, что направление действия этой связи противоположно ходу регулирующего воздействия, которое передается через элементы системы к объекту регулирования в прямом направлении. Если воздействие обратной связи, поступающее на вход системы, по знаку не совпадает со знаком задающего воздействия,

системы, по знаку совпадает со знаком задающего воздействия, то такая связь называется п о л о ж и т е л ь н о й о б р а т н о й с в я з ь ю .

Обратная связь, оказывающая влияние на работу САР как в устано­ вившемся, так и в переходном режимах, называется ж е с т к о й (она не выбирает режим работы, а действует на систему все время).

реагируют на приращения воздействий, поданных на их вход (как бы

16

■ 0

. О сг ал г і пг-гч

выбирают режим). Схемы наиболее распространенных гибких об­ ратных связей приведены на рис. 5. Гибкие связи, реагирующие на производные воздействий, называют д и ф ф е р е н ц и р у ю щ и м и , а на интегралы от воздействий — и н т е г р и р у ю щ и м и .

Если в системе автоматического регулирования выход системы соединяется с ее входом, то такая обратная связь называется г л а в ­

также бывают жесткими и гибкими и служат для улучшения регули­ ровочных свойств отдельных элементов, соединяя выход отдельного элемента с его входом. Часто такие связи называют к о р р е к т и ­ р у ю щ и м и , потому что они корректируют работу отдельных эле­ ментов или группы элементов. На рис. 6 приведена схема системы автоматического регулирования с наиболее типичными для многих систем регулирования элементами.

В некоторых системах регулирования часть элементов может или отсутствовать (например, усилители в системах прямого регулирования

или корректирующие элементы), или же конструктивно объединяться в одном и том же элементе.

1.е. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ ПО ВИДУ РЕГУЛИРУЮЩИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Регулирующий сигнал вырабатывается системой регулирования на основании задающего воздействия и сигнала с чувствительного элемента, измеряющего действительное значение регулируемой вели­ чины. Полученный таким образом регулирующий сигнал поступает на регулятор, который преобразовывает его в регулирующее воздейст­ вие исполнительного механизма. Исполнительный механизм заставляет регулирующий орган объекта принятъ такое положение, при котором регулируемая величина стремится к заданному значению. При работе системы происходит непрерывное измерение текущего значения регѵ-

лпруемои величины, поэтому регулирующий сигнал также S

вырабатываться непрерывно.

Однако регулирующее воздействие исполнительного механизма в зависимости от устройства регулятора может быть непрерывным или

= ГлРерЫВИСТЫИ хаРактеРНа Рис- 7>а представлена кривая откло­ нения Ау регулируемой величины у по времени от заданного значения

п ы в н п З еМеНИ0 В нижнеи Части РисУнка показано, как должно непре­ рывно меняться регулирующее воздействие Z. Оно находится в линей-

нои зависимости от регулирующего сигнала и совпадает с ним но фазе

когда существует регулирующее вѴействие! тРе „ 3 , Г е ) с я Jr,™

Г Г в е Г і да"СТШ,ТеЛЬНЫМ “ " Р « " « » ™ « зиачениег^регулируе-

18

Если в процессе работы системы автоматики регулирующее воз­ действие при непрерывном регулирующем сигнале прерывается в неко­ торые промежутки времени или подается в форме отдельных импульсов, то регуляторы, работающие по такому принципу, называются р е г у ­ л я т о р а м и п р е р ы в и с т о г о д е й с т в и я ( ш а г о в ы м и , или и м п у л ь с н ы м и ) . Принципиально возможны два способа фор­ мирования прерывистого регулирующего воздействия. На рис. 7, б и в

Рис. 7. Диаграммы основных видов регулирующих воздействий:

а — непрерывное; 6, в — прерывистое; г — релейное.

представлены графики прерывистого регулирующего воздействия при непрерывном отклонении Ду регулируемой величины. В первом случае регулирующее воздействие представлено отдельными импуль­ сами одинаковой длительности At, следующими через равные интер­ валы времени tt — t2 = t, при этом величина импульсов Z — f (t) пропорциональна значению регулирующего сигнала в момент форми­ рования регулирующего воздействия.

Во втором случае все импульсы имеют одинаковую величину Z — f(f) и следуют через равные интервалы времени tx — t2 = t, но имеют раз­ личную длительность At; при этом длительность импульсов зависит от значения сигнала регулирования в момент формирования регулирую­ щего воздействия. Регулирующее воздействие от регулятора передается

19