Требования к электромашинным исполнительным механизмам

Классификация электромашинных ИМ.

Классификация, структуры и состав электромашинных исполнительных механизмов

Классификация исполнительных механизмов и регулирующих органов

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Исполнительное устройство (ИУ) – это силовое устройство, предназначенное для изменения регулирующего воздействия на объект управления в соответствии с сигналом управления, поступающим на его вход от командного устройства (блока ручного управления, регулятора, контроллера, управляющей ЭВМ). Исполнительное устройство в общем случае состоит из двух основных частей: исполнительного механизма (ИМ) и регулирующего органа (РО).

Исполнительный механизм преобразует входную командную информацию в определенное силовое воздействие на регулирующий орган объекта управления или на сам объект управления.

Регулирующий орган производит непосредственное регулирующее воздействие на объект управления. Изменение положения регулирующего органа вызывает изменение потока энергии или материала, поступающих на объект, и тем самым воздействует на рабочие машины, механизмы и технологические процессы, устраняя отклонения регулируемой величины от заданного значения. Исполнительный механизм не только изменяет состояние управляемого объекта, но и перемещает регулирующий орган в соответствии с заданным законом регулирования при минимально возможных отклонениях.

В большинстве случаев исполнительный механизм действует от посторонних источников энергии, так как непосредственное управление исполнительным механизмом от первичных элементов регулирования (микропроцессоров, реле, датчиков, и др.) невозможно вследствие их малой мощности, недостаточной для воздействия на регулирующий орган. Конкретные ИУ могут изготавливаться как в виде единых конструктивных модулей, так и собираться из отдельных блоков.

Классификация исполнительных механизмов (рис.1.1) производится в первую очередь по виду энергии, создающей усилие (момент) перемещения регулирующего органа. Соответственно, ИМ бывают пневматические, гидравлические и электрические.

Рис.1.1

В пневматических ИМ усилие перемещения создается за счет давления сжатого воздуха на мембрану, поршень или сильфон; давление обычно не превышает 103 кПа.

В гидравлических ИМ усилие перемещения создается за счет давления жидкости на мембрану, поршень или лопасть; давление жидкости в них обычно находится в пределах (2,5-20)103 кПа. Отдельный подкласс гидравлических ИМ составляют ИМ с гидромуфтами.

Пневматические и гидравлические мембранные и поршневые ИМ подразделяются на пружинные и беспружинные. В пружинных ИМ усилие перемещения в одном направлении создается давлением в рабочей полости ИМ, а в обратном направлении – силой упругости сжатой пружины. В беспружинных ИМ усилие перемещения в обоих направлениях создается перепадом давления на рабочем органе механизма.

Электрические ИМ по принципу действия подразделяются на электродвигательные (электромашинные) и электромагнитные.

По характеру движения выходного элемента большинство ИМ подразделяются на: прямоходные с поступательным движением выходного элемента, поворотные с вращательным движением до 360° ( однооборотные ) и с вращательным движением на угол более 360° ( многооборотные ).

Существуют ИМ, в которых используются одновременно два вида энергии: электропневматические, электрогидравлические и пневмогидравлические. Вид энергии управляющего сигнала может отличаться от вида энергии, создающей усилие перемещения.

В электрических системах автоматизации и управления наиболее широко применяются электромашинные и электромагнитные исполнительные механизмы.

Основным элементом электромашинного ИМ является электрический двигатель постоянного или переменного тока. Такие исполнительные механизмы обычно называют электроприводами, т.к. согласно ГОСТ электропривод - это электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, электрического преобразовательного, механического передаточного, управляющего и измерительного устройств, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

Электромагнитные ИМ дискретного действия выполняются в основном на базе электромагнитов постоянного и переменного тока и постоянных магнитов. Жесткое и упругое соединение узлов систем осуществляют различного рода электромагнитные муфты.

Множество регулирующих органов также многообразно, как многообразны объекты управления. В качестве примера можно привести основные типы РО, применяемых в системах подачи и перемещения жидких, газообразных и сыпучих материалов. По виду воздействия на объект их можно подразделить на два основных типа: дросселирующие и дозирующие.

Дросселирующие РО изменяют сопротивление (гидравлическое, аэродинамическое) в системе путем изменения своего проходного сечения, воздействуя на расход вещества. Примерами таких РО являются заслонки, диафрагмы, задвижки, краны, клапаны.

Дозирующие РО выполняют заданное дозирование поступающего вещества или энергии за счет изменения производительности определенных агрегатов: дозаторов, насосов, компрессоров, питателей, электрических усилителей мощности.

Электромашинные ИМ (электроприводы) можно классифицировать по различным признакам (рис.1.2).

По роду тока электродвигателя.В ИМ постоянного тока применяются коллекторные и бесконтактные двигатели постоянного тока, в ИМ переменного тока – асинхронные и синхронные двигатели.

По характеру движения. Вращательные ИМ приводятся в движение вращающимися двигателями, прямоходные ИМ – вращающимися двигателями с механическими преобразователями вращательного движения в возвратно-поступательное или непосредственно линейными двигателями. Каждый из этих ИМ может быть непрерывным или дискретным. В ИМ непрерывного действия в установившемся режиме подвижные части находятся в состоянии непрерывного движения, в дискретном – в состоянии дискретного (шагового) движения.

Рис.1.2

По степени управляемости. Нерегулируемый ИМ предназначен для приведения в действие РО объекта управления с одной рабочей скоростью; параметры ИМ (например скорость, момент и др.) изменяются только в результате возмущающих воздействий. Регулируемый ИМ может приводить в действие РО с изменяемой скоростью; параметры ИМ изменяются под воздействием управляющего устройства.

По степени автоматизации. Автоматизированным называется регулируемый ИМ с автоматическим регулированием параметров. К этому типу относятся программно-управляемые, следящие и адаптивные ИМ. В программно-управляемом ИМ управление движением РО осуществляется по закону, определенному заранее и заданному программой. Частным случаем таких ИМ можно считать позиционный ИМ, предназначенный для перемещения РО из одного фиксированного положения в другое. Следящий ИМ автоматически отрабатывает перемещение РО в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом. Адаптивный ИМ обладает способностью автоматически избирать структуру и(или) параметры системы управления при изменении условий работы объекта управления с целью выработки оптимального режима.

Автоматизированный ИМ в большинстве случаев является замкнутым, т.е. действующим на основе принципа обратной связи. Исключение составляет автоматизированный дискретный ИМ с шаговыми двигателями, который может быть разомкнутым. Неавтоматизированный ИМ имеет ручное управление.

Основные требования к большинству электромашинных ИМ можно сформулировать так:

- минимальные габариты электродвигателя при высоких значениях вращающего момента и мощности;

- значительные допустимые перегрузки привода в кратковременном и повторно-кратковременном режимах работы;

- широкий диапазон регулирования скорости;

- высокая стабильность характеристик, в первую очередь силового преобразователя, датчиков скорости и положения (перемещения);

- высокое быстродействие при апериодическом характере переходных процессов разгона и торможения;

- высокое быстродействие при включении и сбросе нагрузки и при реверсе под нагрузкой;

- высокая равномерность движения при различной нагрузке на всех скоростях, вплоть до самых малых;

- удобство конструктивной установки двигателей и встройки силовых преобразователей и вспомогательных блоков управления в шкафы управления объектом в целом;

- малые габаритные размеры и расход активных, особенно дефицитных, материалов;

- высокая надежность и ремонтопригодность, существенная унификация узлов, простота наладки и эксплуатации;

- малая стоимость и энергоемкость.

Очевидно, что совмещение всех перечисленных требований в одном устройстве принципиально невозможно. Поэтому при проектировании и применении исполнительных механизмов в каждом конкретном случае удовлетворение одних требований достигается в ущерб другим. Это значит, что при создании ИМ должна решаться задача оптимизации с конкретными ограничениями, вытекающими из общих требований.

Дата добавления: 2014-03-11; просмотров: 870; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!