2.2 Усилитель мощности

После перехода сигнала из ЦАП получается непрерывный сигнал 0 ÷ 5 В, который усиливается усилителем мощности до напряжения, пригодное для клапана. Поскольку не изменяется природа сигнала, то задержка сигнала не происходит. По заданным в ТЗ характеристикам подходит усилитель в виде оптотиристора МОС3020 фирмы QTC. /3/. Основные характеристики оптотиристора МОС3020.

Напряжение питания управляющей части, В   0 ÷ 5.

Напряжение силовой части, В 0 ÷ 24.

Потребляемый ток в управляющей цепи, мА 15.

Ток в силовой цепи, А не более 2.

Импульсный ток, А не более 10.

Размеры, мм 40х45х15.

Коэффициент передачи по номинальным значениям,

1

6

(2.2)

2

5

3

4

Рисунок 2.1 – Принципиальная схема усилителя мощности

2.3 Регулирующий клапан

Зависимость пропускной способности от хода плунжера при постоянном перепаде давлений на клапане определяет собой пропускную характеристику регулирующего клапана. Она зависит от профиля плунжера. Наиболее часто применяются линейная и равнопроцентная пропускные характеристики.

При линейной пропускной характеристике обеспечивается пропорциональная зависимость между пропускной способностью клапана и ходом плунжера. При равнопроцентной пропускной характеристике обеспечивается приращение пропускной способности клапана пропорционально текущему значению пропускной способности по ходу клапана, то есть чем больше ход клапана, тем больше увеличивается на единицу хода. Для данной технической задаче необходимо выбрать клапан с линейной пропускной характеристикой.

Соответственно, ход клапана пропорционально зависит от поданного на соленоид значения напряжения при заданной жесткости возвратной пружины, при достижении максимального значения хода значения пропускное значение не изменяется. Нелинейная характеристика зависимости открытой площади поперечного сечения S клапана от поданного на него напряжения показана на рисунке Х

По данным требованиям к системе подходит регулирующий клапан с электроприводом компании ASCO серии 238. /3/

Пропускная характеристика линейная.

Напряжение для открытого состояния, В 20.

Перепад давления, бар 0 ÷ 30.

Максимально допустимое давление, бар 16.

Диапазон внешней температуры, °C от минус 10 до плюс 60.

Максимальная вязкость, мм²/с 40.

Время срабатывания, с 2.

Время открытия, мс 1500.

Время закрытия, мс 2000.

Проходное сечение d, мм 15.

Пропускная способность k_v, м³/ч 4,2.

Рабочие среды вода, воздух, нейтральный газ.

Температура рабочей среды, °C от минус 10 до до плюс 85.

Габариты клапана (без электропривода), мм 250х250х200.

Масса, кг 0,8.

Рисунок 2.2 – Внешний вид клапана ASCO-238

Рисунок 2.3 – Статическая характеристика клапана

Так как рабочей является только верхняя часть графика, берущая начало в точке (0,0), для данного вида нелинейности линеаризованная передаточная функция клапана находится по формуле

, (2.3)

где q(p) – коэффициент гармонической линеаризации.

Функция q(p) для данной нелинейности по атласу Топчеева имеет вид:

, (2.4)

где k – коэффициент усиления;

С=20 В - это значение напряжения в точке полного открытия клапана;

А=24 В - амплитудное значение поданного сигнала.

Для нахождения коэффициента необходимо, чтобы соблюдалось равенство A≥C. Коэффициент усиления зависит от угла наклона статической характеристики,

=В/С, (2.5)

, (2.6)

где В – поперечное сечение максимально открытого клапана, м².

Значение передаточной функции клапана, исходя из данных характеристик .