Исполнительные механизмы

Общие недостатки пневматических и гидравлических ИМ — сложность операций по их наладке и, главное, необходимость специальных компрессорных (насосных) установок для их пита­ния.

Электродвигательные ИМ. В них используют электродвигате­ли постоянного и переменного тока, в том числе асинхронные двухфазные с полым ротором, с конденсаторами в цепи обмот­ки управления, а также асинхронные трехфазные двигатели. Исполнительные двигатели постоянного тока имеют независи­мое возбуждение или возбуждение от постоянных магнитов. Управляют этими двигателями, изменяя напряжение на якоре или на обмотке возбуждения (якорное или полюсное управле­ние).

В большинстве конструкций электрических ИМ применяют двухфазные и трехфазные асинхронные двигатели.

Асинхронный двухфазный двигатель приближенно можно рас­сматривать как инерционное звено, если выходная величина — уг­ловая скорость ротора, или как два последовательно соединенных звена — интегрирующее и инерционное, если выходная величи­на — угол а поворота ротора (табл. 1).

Значение коэффициента передачи зависит от способа управле­ния двигателем, а постоянная времени — от сигнала управления, возрастая с уменьшением пускового момента двигателя от 0,1 до 0,2 с (для полого ротора с обмоткой типа «беличьей клетки»).

Передаточная функция асинхронного трехфазного двигателя совпадает с ПФ инерционного звена.

Коэффициент преобразования и постоянную времени определя­ют по механической характеристике двигателя и рабочей машины.

Большинство электродвигательных ИМ работает в режиме, когда скорость перемещения не зависит от значения отклонения регулируемого параметра от заданного. Такой ИМ состоит из асинхронного электродвигателя, редуктора, концевых и путевых выключателей, датчиков (преобразователей), тормозного устрой­ства и ручного привода.

Электродвигатель с редуктором служит для преобразования электрической энергии в механическую, достаточную для переме­щения РО.

Концевые выключатели используют для отключения пускателя при достижении РО крайних положений, а путевые выключате­ли — для ограничения диапазона перемещения РО в автоматичес­ком режиме.

Датчики положения формируют сигнал, пропорциональный углу поворота выходного вала ИМ. Этот сигнал используется ин­дикатором положения на пульте оператора, а также, возможно, в качестве сигнала ОС по положению ИМ (для формирования П-закона регулирования, например).

Ручной привод обеспечивает возможность ручной перестанов­ки РО при нарушениях работы электрической части механизма.

Включение-отключение электродвигателя по команде регули­рующего устройства осуществляется через посредство электромаг­нитного или полупроводникового релейного устройства-пускате­ля.

Реверс электродвигателя электромагнитного ИМ с трехфазным электродвигателем обеспечивается изменением схемы подключе­ния двух фаз.

После размыкания силовых контактов (рис. 1, а) и отклю­чения напряжения питания электродвигателя выходной вал ИМ останавливается не сразу, а продолжает в течение некото­рого времени движение по инерции. Так называемый «выбег» может существенно ухудшать качество регулирования. Умень­шают выбег с помощью тормоза, представляющего собой элек­тролитический конденсатор С, подключаемый через размыка­ющие блок-контакты КМ 1 и КМ2 к одной из статорных обмо­ток электродвигателя. В результате этого в статорной обмотке появляется ток, наводящий в статоре магнитное поле, кото­рое, взаимодействуя с вращающимся ротором, создает проти­водействующий вращению тормозной момент, уменьшающий выбег ИМ.

Главный недостаток электромагнитного релейного пускового устройства — невысокая надежность. Значительно лучшие харак­теристики имеет полупроводниковое релейное устройство (рис. 1, б).

Основу устройства составляют два тиристорных ключа на симисторах VS1 и VS2, которыми управляют с помощью сигналов «Больше» — «Меньше», вырабатываемых регулятором или опера­тором. Каждый из тиристорных ключей включен в цепь питания одной из статорных обмоток электродвигателя.

При отсутствии управляющих сигналов тиристорные ключи разомкнуты и электродвигатель неподвижен.

Включение симистора происходит в результате подачи на управляющий электрод отрицательного напряжения, вырабатывае­мого соответствующим выпрямительным мостом, питаемым от разделительного трансформатора Т2 (ТЗ) при наличии командно­го сигнала от регулятора или оператора.

Трансформатор Т1 разделяет управляющие и силовые цепи. Ре­версирование электродвигателя осуществляется изменением схе­мы подключения обмоток, при этом одна обмотка подключается к сети непосредственно, а вторая — через фазосдвигающий конден­сатор С.

Таким образом, движение ИМ может быть описано системой уравнений, соответствующих движению ИМ в сторону открытия, неподвижному состоянию и движению в сторону закрытия,

Рис. 1. Схемы управления ИМ: а — с трехфазным асинхронным электрическим двигателем; б— с однофазным конденсатор­ным электрическим двигателем

где Тим — время, равное времени движения ИМ из одного крайнего положения в другое; Δ — зона нечувствительности релейного устройства.

Характеристика ИМ — существенно нелинейная, но линейные законы регулирования могут быть реализованы и с этим механиз­мом при использовании регулятора с импульсным выходом.

Электромагнитные ИМ. Они представляют собой соленоиды и электромагнитные муфты. Соленоидный ИМ — это катушка, втя­гивающее усилие которой при подаче управляющего сигнала U перемещает якорь на расстояние S, преодолевая сопротивление пружины.

Статическая характеристика электромагнитных ИМ, как пра­вило, нелинейная, и их используют в системах позиционного ре­гулирования.

Электромагнитные муфты могут быть фрикционными, порош­ковыми или асинхронными. Фрикционная муфта состоит из двух полумуфт, посаженных на ведущий и ведомый валы. В одной из полумуфт расположена обмотка возбуждения. При подаче на нее напряжения полумуфты сдвигаются и возникающая сила трения приводит их в движение. Такие муфты также применяют в систе­мах позиционного регулирования и защиты оборудования при аварийных нарушениях его работы.

Принцип действия порошковой муфты основан на изменении вязкости ферромагнитной массы, заполняющей муфту. При пода­че на катушку напряжения вязкость ферромагнитной массы воз­растает и передаваемый момент увеличивается.

В муфтах скольжения момент вращения передается посред­ством магнитного поля, создаваемого обмоткой, расположенной на ведущей полумуфте. При ее вращении в ведомой полумуфте, как в роторе асинхронного двигателя, индуцируется ток, от взаи­модействия которого с магнитным полем возникает момент вра­щения, увлекающий ведомую полумуфту за ведущей.

Порошковые и асинхронные электромагнитные муфты могут быть использованы и в системах непрерывного регулирования. В этом случае их характеризует ПФ инерционного звена с постоян­ной времени 0,03...0,25 с (для порошковых) и 0,11...0,45 с (для асинхронных муфт).