Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологические процессы автоматизированных производств. Учебное пособие
.pdf
Рис. 8. Механическая характеристика асинхронного двигателя
Поясним принцип создания вращающегося магнитного поля статора. На
рис. 9 показаны фазные токи Iф в трех обмотках статора, где ω t – текущая фаза токов.
Рис. 9. Токи в фазах А, В и С
На рис. 10 показано положение магнитного поля статора F для трех моментов ωt. При ωt = 00 ток в фазе А равен нулю, в фазе С положительный, в
фазе В отрицательный (этому соответствует положение тонких стрелок суммируемых магнитных потоков), При ωt = 600 ток в фазе С равен нулю, в фазе А
положительный, в фазе В отрицательный. При ωt =1200 ток в фазе В равен нулю, в фазе А положительный, в фазе С отрицательный. Таким образом прослеживается вращение результирующего магнитного потока F.
11
Рис. 10. Вращение магнитного поля статора
Рассмотрим теперь схему пуска асинхронного двигателя М (рис. 11).
При нажатии кнопки «пуск» (общий выключатель включен) срабатывает
реле К1, его контакты К1.1, К1.2, К1.3, К1.4 замыкаются, двигатель запускает-
ся, кнопку «пуск» можно отпустить (она блокируется контактом К1.4). При
нажатии кнопки «стоп» реле К1 отпускает, все его контакты размыкаются, двигатель останавливается.
Рис. 11. Схема пуска асинхронного двигателя:
А, В, С – фазы питания двигателя; Q – общий выключатель; F1, F2, F3 –
плавкие предохранители; КТ1, КТ2 – тепловые реле (защита двигателя
от перегрева); S1 – кнопка «пуск»; S2 – кнопка «стоп»; К1 – главное реле
(пускатель)
12
Управление скоростью вращения асинхронного двигателя наиболее эффективно реализуется изменением частоты питающего напряжения, для этого
требуются специальные преобразователи частоты. Однако в некоторой степени
управлять скоростью можно и изменением сопротивления в фазах статора с
помощью реостатов R (см. рис.7).
Синхронный двигатель отличается от асинхронного тем, что обмотка
ротора питается постоянным током (на рис. 12 упрощенно показана схема ро-
тора).
Рис. 12. Схема ротора синхронного двигателя
В роторе возникает собственное магнитное поле, которое взаимодействует с полем трехфазного статора и создает вращающий момент. Частота вращения ротора такого двигателя равна частоте вращения магнитного поля статора
(скольжения нет).
Синхронно-реактивный двигатель. На рис.13 упрощенно показана
схе-ма ротора.
Рис. 13. Схема ротора синхронно-реактивного двигателя
У такого двигателя питание подается только на трехфазный статор. Ротор
спроектирован так, что по двум осям имеет разное магнитное сопротивление.
Вдоль ротора магнитное сопротивление мало, а поперек – велико. Благодаря
этому создается вращающий момент. При пуске двигателя для его входа в син-
хронизм требуется определенное время.
13
Двухфазный индукционный двигатель (рис. 14)
Рис. 14. Схема двухфазного индукционного двигателя
Ротор с обмоткой ОР и статор с обмоткой возбуждения ОВ питаются переменным током. Обмотка возбуждения питается через конденсатор С, благодаря чему ток в ней опережает ток в обмотке ротора (ОР) на 90⁰, обеспечивая
вращающий момент.
5. Датчики технологических параметров
Датчик – устройство, преобразующее технологический параметр в сигнал, используемый в системе автоматизации.
Рассмотрим датчики основных технологических параметров.
5.1. Датчики температуры
Ртутный контактный термометр, включенный в схему поддержания
температуры объекта, приведен на рис. 15.
14
Рис. 15. Схема ртутного контактного термометра:
Э1, Э2 – электроды; 1 – нагреватель; К1 – катушка реле; Об – объект
Термометр имеет 2 электрода Э1, Э2 и включен в электрический контур с
источником питания ИП и катушкой реле К1. Верхний электрод подвижный,
он устанавливается на заданную температуру. Нижний электрод введен в баллончик с ртутью. Источник питания ИП обеспечивает небольшое безопасное
напряжение 12 В.
Если температура в объекте меньше заданной, ртутный столбик термо-
метра на доходит до верхнего электрода, при этом цепь питания реле К1 разомкнута, реле выключено, его контакт в цепи питания нагревателя 1 замкнут,
идет нагрев объекта, температура его повышается, ртутный столбик термометра
поднимается. Когда он коснется верхнего электрода, цепь питания реле К1 замкнется (ртуть – проводник тока), реле сработает, его контакт разомкнется, пи-
тание нагревателя прекратится. Температура объекта понижается. Происходит
поддержание температуры объекта в некоторой окрестности заданного значе-
ния.
Манометрический газовый термометр. Его схема приведена на рис. 16.
Рис. 16. Схема манометрического газового термометра:
1 – газовый баллон; 2 – капилляр; 3 – манометр
Элементы схемы 1, 2, 3 заполнены инертным газом. При увеличении температуры объекта в системе баллончик – капиляр – манометр повышается давление, Это показывает манометр, градуированный в единицах температуры.
15
Вторая стрелка манометра, вращаемая вручную, может служить указателем за-
данной температуры.
Биметаллический датчик. Его схема приведена на рис. 17.
Рис. 17. Схема биметаллического датчика
Датчик представляет собой две пластины из разных металлов, соединенные между собой заклепками и включенные в электрическую цепь. Пластины
имеют разный коэффициент линейного расширения. Если верхняя пластина
имеет больший коэффициент, то при нагревании сдвоенной пластины последняя изгибается, как показано на рис. 17, и отходит от верхнего контакта. Электрическая цепь разрывается, что можно использовать для поддержания необходимой температуры объекта. Примером может служить электроутюг. Биметал-
лический датчик может быть и показывающим, например указатель температу-
ры в духовке газовой плиты или заоконный стрелочный указатель температуры
воздуха.
Терморезисторы. Их принцип действия состоит в зависимости омиче-
ского сопротивления от температуры.
Существуют металлические терморезисторы (медные, платиновые) и полупроводниковые.
У металлических терморезисторов с ростом температуры сопротивление
возрастает (рис. 18). Они сравнительно габаритны, зато имеют линейную и ста-
бильную характеристику, которая целиком определяется маркой терморезистора и может быть найдена в справочниках. Температурный диапазон платиновых
терморезисторов (до 600 0С) существенно выше, чем у медных (до 200 0С), зато
они дороже.
16
Рис. 18. Условное обозначение терморезистора и зависимость
его сопротивления R от температуры t
Полупроводниковые терморезисторы от металлических отличаются тем,
что их характеристика нелинейна (рис. 19) и нестабильна, т. е. терморезисторы
одной марки могут иметь несколько различные характеристики, поэтому они
нуждаются в паспортизации или тарировке, зато они миниатюрны (могут быть
размером с копеечную монетку или даже с булавочную головку).
Рис. 19. Характеристика полупроводникового терморезистора
Термопары (рис. 20). Они представляют собой два проводника из раз-
ных металлов, соединенных одним концом («горячий спай»), который помещается в контролируемый объект (Об). Другие концы проводов иногда называют
«холодным спаем», но лучше их назвать «свободными концами», так как они
между собой непосредственно не соединены.
Если между горячим спаем и свободными концами есть разность темпе-
ратур Δt, то на свободных концах возникает термоЭДС Et (напряжение постоянного тока), зависящая от разности температур. Если разность температур
равна нулю, то термоЭДС также равна нулю.
Рис. 20. Схема измерения температуры объекта с помощью термопары
17
Термопары практически способны измерять температуру в точке, где
расположен горячий спай. Диапазон измеряемых температур весьма высок,
может быть выше 1000 градусов.
Необходимо принять специальные меры, чтобы изменение температуры
свободных концов термопары не вносило погрешность в результаты измерения
температуры объекта. Для этого используется так называемая коробка холодных спаев, в схему которой включен терморезистор, реагирующий на темпера-
туру окружающей среды (свободных концов термопары).
Материалы проводов термопар характеризуются названиями последних:
термопары хромель-копелевые, хромель-алюмелевые, железо-константановые,
платинородий-платиновые и др.
Пирометрический датчик
Это бесконтактный датчик. Он измеряет температуру объекта по его инфракрасному излучению. Диапазон измеряемых температур чрезвычайно высок – тысячи градусов, поэтому пирометрические датчики активно используется в металлургии (плавильных печах, прокатных станах и др.).
5.2. Датчики давления
Они менее разнообразны, чем датчики температуры.
Полая пружина (рис. 21).
Рис. 21. Схема полой пружины как датчика давления
Измеряемое давление Р подается внутрь пружины. С увеличением давле-
ния пружина раскручивается, и по перемещенью ее конца судят о давлении.
Мембранный датчик (рис. 22). Емкость разделена эластичной волнистой
мембраной. Контролируемое давление Р подается в нижнюю полость. Мембра-
на прогибается, ее центр соединен штоком с показывающей стрелкой, но может
воздействовать и на преобразователь перемещения штока в электрический сигнал, как показано на рис. 23.
18
Рис. 22. Схема мембранного датчика давления
Сильфонный датчик (рис. 23). Он представляет собой металлическую
гармошку, внутрь которой подается контролируемое давление. При повышении
давления гармошка растягивается, ее верхнее донышко связано к движком потенциометра R, что позволяет сформировать электрический сигнал, характери-
зующий измеряемое давление.
Рис. 23. Схема сильфонного датчика давления
5.3. Датчики уровня
Рассмотрим несколько примеров датчиков уровня жидкостей и сыпучих
материалов (непрерывных и позиционных).
Рис. 24. Датчики уровня жидкостей и сыпучих материалов
На рис. 24 приведено насколько датчиков уровня жидкости и один датчик
уровня сыпучих материалов. Дадим характеристику их принципа действия.
19
Поплавковый датчик с изменением уровня меняет свое положение по вы-
соте.
Буйковый датчик не меняет своего положения, но с изменением уровня в
соответствии с законом Архимеда меняется усилие, приложенное к чувствительному элементу (тензометрическому или пьезометрическому), изображен-
ному сверху.
Электродный датчик представляет собой металлический стержень, за-
крепленный на стенке емкости на изолирующей подставке и включенный в
электрическую цепь с источником напряжения ИН и катушкой реле К. Жидкость должна быть электропроводящей (что свойственно практически всем
техническим жидкостям) и оказывается включенной в электрический контур.
Если жидкость не касается электрода, реле выключено, если коснется – реле
сработает. Такой датчик называется позиционным, так как дает сигнал об
уровне типа да-нет.
Пневматический датчик представляет собой трубку, погруженную в ем-
кость до дна. В трубку подается сжатый воздух, давление которого измеряется
манометром. С повышением уровня увеличивается гидростатическое давление
жидкости на нижнем срезе трубки, сопротивление выходу воздуха возрастает, и
давление в трубке увеличивается, что показывает манометр.
Емкостной датчик использует принцип работы конденсатора и представ-
ляет собой металлический стержень, заключенный в изолирующий чулок.
Стержень играет роль одной обкладки (пластины) конденсатора, а второй обкладкой (пластиной) является жидкость. Емкость конденсатора С определяется
формулой C = έ F/ δ, где έ – диэлектрическая проницаемость промежутка (материала чулка), F – площадь перекрытия пластин, δ – расстояние между пластинами (толщина чулка). От уровня жидкости зависит F, значит, с изменением
уровня жидкости меняется емкость датчика С, что можно использовать для
формирования электрического сигнала.
Фотоэлектрический датчик используется для контроля уровня сыпучих
материалов. Он состоит из источника света (ИС), формирующего сфокусиро-
ванный луч, и фотоэлемента, расположенных на противоположных стенках емкости, куда подается сыпучий материал. Если уровень материала ниже луча, то
фотоэлемент освещен, а если выше – то затемнен, что резко меняет характеристики последнего (у фоторезистора меняется его сопротивление). Это датчик
тоже позиционный, как и электродный. Остальные датчики считаются непре-
рывными, так как при непрерывном изменении уровня их сигнал тоже меняется
непрерывно.
5.4. Датчики влажности
Речь пойдет о датчиках влажности материалов. Контроль влажности воздуха здесь не рассматривается.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]