Електричні виконавчі механізми
Електричний виконавчий механізм – це силовий елемент системи автоматичного керування, який переміщує регулюючий орган відповідно до керуючих сигналів цієї системи.
Регулюючі органи – це пристрої, спроможні змінювати режим роботи регульованого об’єкту. Приклади регулюючих органів: переміщуюючі різного роду заслонки, вентилі, клапани й інші запорні і регулюючі елементи, спроможні змінювати кількість енергії або функціонуючої речовини, що надходить в об’єкт керування. Механічне переміщення регулюючого органу може бути обертальним (у межах одного або декількох оборотів) або поступальним.
Рис.3.2.2. Структурна схема електричного виконавчого механізму
Електричний виконавчий механізм (рис.3.2.2) складається з електродвигуна М; гальмівного пристрою ЕТ ; редуктора Р, що понижує частоту обертання, а в деяких механізмах ще і перетворюючи обертальний рух в поступальний; давачів зворотнього зв’язку ДЗЗ, кінцевих вимикачів КВ. Крім того, ЕВМ має штурвал ручного керування РК, що дозволяє вручну встановлювати регулюючий орган РО в необхідне положення (при монтажі і регулюванні ЕВМ). Положення регулюючого органу можна контролювати по показнику на корпусі ЕВМ, а також дистанційно за допомогою приладу П, підключеного до давача зворотнього зв’язку ДЗЗ. Крім перерахованих ЕВМ можуть містити й інші елементи. Наприклад, давач зворотнього зв’язку за швидкістю, в якості якого,як правило, використовуються тахогенератори.
Розглянемо детальніше призначення деяких елементів ЕВМ. Електродвигун – основний елемент ЕВМ. Переважно у виконавчих механізмах використовують асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором, тому що вони найпростіші, дешеві і надійні в порівнянні з двигунами інших типів.
В залежності від принципу роботи керуючого пристрою КП, системи автоматичного керування (див.рис.3.2.1) ЕВМ поділяють на два види: виконавчі механізми постійної і змінної швидкості.
У виконавчих механізмах постійної швидкості частота обертання ротора двигуна незмінна, а величина механічного переміщення регулюючого органу визначається тривалістю імпульсу керуючого сигналу Uc. Такий режим роботи дозволяє застосовувати у виконавчих механізмах трифазні асинхронні двигуни загальнопромислового призначення серій АОЛ або 4А або ж асинхронні конденсаторні двигуни. Ці двигуни мають високі енергетичні показники, надійні в експлуатації, мають мінімальні габаритні розміри, масу і вартість. Проте такі виконавчі механізми не забезпечують достатньо високої точності регулювання.
У виконавчих механізмах змінної швидкості частота обертання ротора двигуна регулюється величиною напруги керуючого сигналу, і їх застосовують у системах автоматичного керування, що вимагають високої точності регулювання. Двигун такого виконавчого механізму повинен бути керованим. У якості таких двигунів використовуються виконавчі двигуни, частота обертання яких регулюється величиною напруги, яка підводиться до обмотки керування. Такі двигуни в порівнянні з некерованими мають великі габаритні розміри, масу і вартість і гірші енергетичні показники. В системах автоматичного керування загальнопромислового призначення переважно застосовуються ЕВМ постійної швидкості.
Гальмівний пристрій служить для фіксованої зупинки регулюючого органу механізму після припинення керуючого сигналу і для усунення самоходу (якщо в механізмі застосований асинхронний конденсаторний двигун). Найбільш широко в електричних виконавчих механізмах застосовуються фрикційні гальма з електромагнітним керуванням. На рис.3.2.3 показано пристрій такого гальма. Осердя електромагніта 5 із котушкою закріплений на важелі 4, який опирається на пружину 6, а якір 10 цього електромагніта встановлений на важелі 1. Пружина 6 піджимає важіль 4 до гайки 7, а пружина 9 через важіль 1 піджимає гальмівну колодку 2 до шківу 3. Зусилля пружини 9 регулюється гайкою 8. При подачі напруги на обмотку електромагніта якір 10 притягується до осердя, пружина 9 стискається, гальмівна колодка 2 відходить від шківа 3 і відбувається розторможування механізму. При знятті напруги з обмотки електромагніта пружина 9 притискає колодку 2 до шківа 3, тобто відбувається гальмування механізму, яке виключає переміщення його регулюючого органу.
Рис.3.2.3. Пристрій електромагнітного гальма ЕВМ
Давачі зворотнього зв’язку по положенню служать для одержання електричного сигналу зворотнього зв’язку Uосп, значення якого визначається просторовим становищем регулюючого органу механізму. В механізмі таких давачів за звичай два: сигнал одного з них подається на керуючий пристрій КП, де він, сумуючись із керуючим сигналом Uс, корегує роботу двигуна відповідно до просторового положення регулюючого органу механізму, а сигнал з іншого давача подається на дистанційний показник стану регулюючого органу. У якості давачів зворотнього зв’язку за положенням використовують давачі двох типів: реостатні й індукційні. Реостатний давач – це реостат, включений за схемою потенціометра. Положення двигуна цього давача відповідає просторовому положенню регулюючого органу механізму.Основний недолік реостатних давачів – наявність легкого контакту, що знижує надійність ЕВМ через можливе підгорання контакту або збудження його через окислювання. Більш надійні індукційні давачі. Такий давач складається з двох котушок, включених по диференціальній схемі. У середині котушок переміщується сердечник, пов’язаний через профільний кулачок із вихідним валом механізму. Робочий хід цього осердя 5 мм. При симетричному розташуванні осердя відносно котушок напруги на виходах обох котушок однакові. При зсуві сердечника від цього положення напруги на котушках стають неоднаковими. Завдяки використанню кулачка спеціального профілю напруги на котушках змінюються прямопропорційно куту повороту вихідного валу виконавчого механізму. Давачі зворотнього зв’язку монтуються в окремому блоці спільно з кінцевими вимикачами. При підході регулюючого органу механізму до одного із крайніх положень спрацьовують кінцеві вимикачі, які відключають електродвигун.
Наявність у виконавчому механізмі контактних елементів помітно знижує його надійність через підгорання або залипания контактів. Прагнення підвищити надійність ЕВМ привело до створення бесконтактных виконавчих механізмів, які не містять у своїх ланцюгах розмикаючих або ковзаючих контактів. У таких механізмах немає кінцевих вимикачів, а для обмеження крайніх положень вихідного органу механізму застосовані механічні упори. При підході до одного з крайніх положень регулюючий орган механізму стопориться упором. Специфіка роботи бесконтактних виконавчих механізмів пред’являє до електродвигуна додаткові вимоги – можливість його роботи в режимі короткого замикання, коли ковзання S = 1. В якості таких двигунів використовуються асинхронні конденсаторні двигуни серії ДАУ. Однофазне живлення двигуна спрощує схему керуючого пристрою і самого механізму за рахунок скорочення кількості керуючих елементів. Двигуни серії ДАУ не бояться перенавантаження, тому що для них режим короткого замикання є одним із можливих функціонуючих режимів. Така властивість цих двигунів забезпечується оптимальним вибором форми механічної характеристики, що відповідає номінальному ковзанню Sном » 20%. При цьому пусковий момент двигуна дорівнює максимальному, тобто критичне ковзання Sкр= 1.
Промисловістю виготовляються різноманітні електричні виконавчі механізми, призначені для роботи в системах загальнопромислової автоматики і системах спеціального призначення. Наприклад, виконавчі механізми типу МЕО (однооборотні, тобто з обертальним прямуванням вихідного органу в межах одного обороту), типу МЕМ (багатооборотні, для керування регулюючими органами з гвинтовим шпинделем), типу МЕП (прямохідні, із поступальним прямуванням вихідного органу).
Примітка. Буква К в позначенні типорозміру вказує, що механізм контактний.
Рис.3.2.4. Загальний вигляд безконтактного виконавчого механизму типу МЕО
Основу виконавчого механізму типу МЕО (рис.3.2.4) складає редуктор, на корпусі 4 якого кріпляться: електродвигун 1, блок давачів зворотнього зв’язку за положенням 3, електромагнітне гальмо 6. Штурвал 5 служить для ручного встановлення регулюючого органу механізму 7. Механізм підключається в схему автоматичного керування за допомогою штуцерного підключення 2.
Рис.3.2.5. Принципова схема безконтактного ЕВМ
На рис.3.2.5 показана принципова схема безконтактного ЕВМ, в якому в якості привідного двигуна М застосований асинхронний конденсаторний двигун серії ДАУ. Обмотка збудження 0З цього двигуна через конденсатор З включена в мережу змінного струму на напругу 220 В, а обмотка керування ОК разом з обмоткою електромагнітного гальма ЕТ залучена до керуючого пристрою КП. Туди ж підведені виводи індукційного давача ДІ1. Виводи давача ДІ2 залучені до дистанційного показника положення вихідного органу ДПП. Привід регулюючого органу РО здійснюється через редуктор Р.
Васюра А.С. – книга “Електромашинні елементи та пристрої систем управління і автоматики”
