2.4. Характеристика системы двухпозиционного регулирования температуры

Объект регулирования и автоматический регулятор составляет вместе систему автоматического регулирования (рис. 4).

Объектом регулирования (ОР) в настоящей работе служит электрическая печь. Нагрев печи осуществляется при помощи нагревательных приборов (сопротивления), питаемых переменным током.

Рис. 4 . Структурная схема системы регулирования температуры

электрической печи : ОР – объект регулирования; ЧЭ – чувствительный

элемент (ТЭП); ИП – измерительный прибор; МП – магнитный пускатель

Регулируемым параметром в объекте является температура воздуха в рабочем пространстве печи.

Чувствительным элементом (ЧЭ) является термоэлектрический преобразователь (гр.ХА), горячий спай которого помещен в рабочем пространстве печи. Максимальная температура термоэлектрического преобразователя при длительном применении 900 ⁰С.

Измерительным прибором (ИП) служит автоматический потенциометр.

Для осуществления позиционного регулирования в одноточечные приборы встраиваются отдельные блоки с двумя микропереключателями В₁ и В₂, имеющими указатели задачи (уставки) их положения. Принципиальные электрические схемы устройства для осуществления позиционного регулирования представлены на рисунке 5. В зависимости от модификации прибора микропереключатели могут включаться по схеме с общим контактом (рис. 5а) и с раздельными цепями (рис.5б). Диаграмма работы микропереключателей показана на рисунке 5в.

Рис. 5. Принципиальные электрические схемы устройства позиционного

регулирования приборов серии КС

В зависимости от настройки приборы могут осуществлять двух или трехпозиционное регулирование. Для двухпозиционного регулирования оба указателя задачи устанавливают вместе против отметки шкалы прибора, соответствующей заданному значению параметра.

Микропереключатели переключаются кареткой указателя значения параметра, например температуры при перемешивании его реверсивным электродвигателем М₁ при разбалансе измерительного моста прибора. Так как переключение двухпозиционного устройства механическое, то его зона неоднозначности практически равна нулю и статическая характеристика имеет вид, соответствующий на рисунке 6а.

Рис. 6. Статические характеристики позиционного регулятора:

а) статическая характеристика с зоной неоднозначности

двухпозиционного регулятора; б) статическая характеристика

трехпозиционного регулятора с зонами неоднозначности

Для осуществления трехпозиционного регулирования микропереключатель В₁ с указателем «Мало» устанавливается на отметке шкалы, соответствующей нижней отметке диапазона шкалы «Норма». Микропереключатель В₁ замкнут при показаниях прибора меньше уставки «Мало» и разомкнут при показаниях прибора больше уставки «Мало». Переключатель В₂ разомкнут при показаниях прибора меньше уставки «Много» и замкнут при показаниях прибора больше уставки «Много».

Таким образом, в диапазоне «Норма» оба микропереключателя В₁ и В₂ разомкнуты. Такой порядок работы микропереключателей позволяет обеспечить трехпозиционное регулирование со статической характеристикой, соответствующей рисунку 6в.

2.5. Взаимодействие элементов системы прерывистого регулирования температуры

Рассмотрим схему электрических соединений стенда системы автоматического позиционного регулирования температуры (рис. 7).

Рис.7. Схема электрических соединений стенда системы автоматического

позиционного регулирования

Допустим, что в данный момент времени температура в печи выше заданной. Контакт К₁, находящийся в потенциометре КСП разомкнут. Магнитный пускатель КМ обесточен. Замыкающий контакт КМ2 обесточивает нагревательный элемент печи ЭП и сигнальную лампу EL2 (красный цвет). Размыкающий контакт КМ1 подключит к питанию лампу EL3 (зеленый цвет), которая сигнализирует об отключении нагревателя печи. Печь охлаждается.

При уменьшении температуры в печи и достижения ею заданной величины контакт К₁ замыкается, подключая к сети обмотку магнитного пускателя КМ. Включаясь, магнитный пускатель своим замыкающим контактом КМ2 замыкает цепь нагревательного элемента печи и цепь сигнальной лампы EL2. Размыкающий контакт КМ1 магнитного пускателя КМ отключает сигнальную лампу EL3. Печь нагревается, о чем свидетельствует сигнальная лампа EL2. Некоторое время слой воздуха, находящийся между нагревательным элементом и спаем термоэлектрического преобразователя будет охлаждаться за счет кожуха термоэлектрического преобразователя. Несмотря на то, что нагреватель печи уже греет печь, реверсивный двигатель потенциометра будет еще некоторое время перемещать стрелку в сторону уменьшения температуры.

При достижении температурой значения больше заданного, контакт К₁ размыкается, что приводит к отключению ЭП. Таким образом, осуществляется повторение цикла регулирования температуры в ЭП в заданном диапазоне.

Заданное значение температуры устанавливается при помощи ручки «Уставки значения». Конец указателя задания устанавливается по направлению к точке, в которой должно быть перо при достижении измеряемой температуры заданного значения.

2.6. Расчет амплитуды и частоты колебаний температуры в системе двухпозиционного регулирования температуры

Рассматриваемая система автоматического регулирования является автоколебательной. Это означает, что при работе системы в ней возникает устойчивый автоколебательный процесс изменения температуры объекта. Этот процесс представляет собой устойчивый режим работы данной системы.

Появление автоколебаний в системе вызвано наличием релейных элементов в регуляторе. Дополнительное отклонение регулируемого параметра от заданного значения обуславливается также наличием инерции объекта регулирования (печи).

Автоколебательный процесс характеризуется амплитудой и частотой колебаний. Последние подбираются так, чтобы они были практически приемлемы для данного технологического процесса, если автоколебания в последнем вообще допустимы.

Для определения амплитуды колебаний температуры в печи необходимо найти разность между ее максимальным и минимальным значением (рис. 8).

Тогда

, (1)