Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Магнитогорский государственный технический университет

им. Г.И. Носова

Кафедра промышленной кибернетики и систем управления

Однооборотные исполнительные механизмы и их включение

Инструкция к лабораторной работе

по дисциплине «Введение в специальность»

для студентов дневной и заочной форм обучения

по специальности 210200

Магнитогорск

2005

Составитель Ю.С. Артамонов

Однооборотные исполнительные механизмы и их включение. Инструкция к лабораторной работе по дисциплине «Введение в специальность» для студентов специальности 210200. Магнитогорск: МГТУ, 2005. 11 с.

Материалы инструкции знакомят студентов с основными сведениями об исполнительном механизме как обязательном элементе систем автоматического управления и о схемах его включения. Изучаются простейшие приёмы практического налаживания электрических схем.

Рецензент: В.М. Дубинин

© Ю.С. Артамонов, 2005

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 10 однооборотные исполнительные механизмы и их включение

1. Общие сведения

Исполнительным механизмом (ИМ) в системах управления называется устройство, перемещающее рабочий орган в соответствии с сигналами, поступающими от управляющего устройства.

Рабочими органами (РО) могут быть дроссельные заслонки, клапаны, задвижки, шиберы и т.п., с помощью которых изменяется количество вещества или энергии, поступающее в объект управления. Рабочие органы часто называют регулирующими органами.

Электрический ИМ состоит из электропривода, редуктора, узла обратной связи, датчика положения выходного элемента ИМ (выходного вала, штока) и конечных и путевых выключателей.

В качестве электропривода в ИМ используются либо электромагниты, либо электродвигатели с понижающим редуктором. Узел обратной связи служит для введения в контур управления воздействия, пропорционального величине перемещения выходного элемента ИМ и, следовательно, РО. Конечные выключатели осуществляют отключение электропривода при достижении им конечных положений во избежание повреждения механических звеньев, а также для ограничения перемещения рабочего органа РО.

ИМ характеризуются следующими параметрами.

Номинальный момент(усилие) – величина момента сопротивления (или усилия), который преодолевает ИМ при номинальном значении управляющего (входного) сигнала.

Вре.мя перемещениявыходного элемента ИМ в течение одного оборота (или из одного конечного положения в другое).

Величинамаксимального перемещения выходного элемента

ИМ в долях оборота (в единицах длины хода штока).

Место ИМ в системе автоматического управления иллюстри-руется рис. 1. В задающем устройстве, состоящем из измеритель-ного элемента ИЭ, задатчика Зад, и элемента сравнения ЭС происходит сравнение регулируемой величины x с её заданным значениемx_зад и вырабатывается сигналx, пропорциональный их разностиx = x – x_{зад .}В регулирующем устройстве этот сигнал преобразуется по заданному закону ( преобразующий элемент ПЭ), за счёт энергии внешнего источника энергии усиливается (усилитель У) по мощности до уровня, необходимого для управления исполнительным устройством. Назначение исполнительного устройства состоит в изменении регулирующего воздействияв соответствии с сигналом, подаваемым на его вход из регулирующего устройства. Исполнительное устройство обычно состоит из усилителя У, ИМ и РО. В качестве усилителей для электрических ИМ используются электромагнитные реле, контакторы, магнитные пускатели, полупроводниковые усилители.

В металлургии наибольшее распространение получили электрические (электродвигательные и электромагнитные) одно- и многооборотные ИМ.

Номенклатура электрических ИМ чрезвычайно обширна и не будет обсуждаться в настоящем вводном курсе. Для ознакомления с основными работами, которые проводятся при монтаже и эксплуатации электрических ИМ, ниже рассматривается однообо-ротный ИМ типа МЭО как содержащий все типовые узлы электрических исполнительных механизмов.

Принципиальная схема МЭО изображена на рис. 2. В комплекте аппаратуры ИМ используются:

четыре микровыключателя в приводом от кулачкового вала, которые могут быть использованы как конечные и путевые;

два индуктивных датчика положения выходного вала ИМ, управление перемеще-ниями плунжеров которых осуществлено от того же кулачкового вала; вместо индуктивных датчиков могут быть установлены резистив-ные потенциометрические датчики с сопротивлением 100 или 120 Ом; напряжение питания датчиков обоих видов 12 В;

двухфазный асинхронный реверсивный двигатель.

Схема дистанционного (ручного) управления при-ведена на рис. 3. Схема состоит из узла управления двигателем и узла дистанционного указателя положения выходного вала (ДУП).

Узел управления двигателем включает в себя однофазный реверсивный двигатель, кнопки выбора направления вращения SBC1«Больше» (в сторону открытия РО) иSBC2 «Меньше» (в сторону закрытия) и конечные выключателиSQ1 и SQ2, размы-кающие свои контакты при достижении конечного положения при открытии и закрытии РО соответственно.

Узел ДУП состоит из понижающего трансформатораTV(выходное напряжение 12 В), неравновесного моста и цепи индикатора.

Вся схема подсоединя-ется через контакты автомати-ческого выключателя QFк одной из фаз трёхфазного напряжения (в примере на рис. 3 к фазе А) и нейтралиN, т.е. к 220 В.

В зависимости от модифи-кации ИМ неравновесный мост имеет разную конфигурацию.

Если датчиком положения выходного вала ИМ является катушка индуктивности Lс выводом от средней точки, два соседних плеча моста образованы ею, а два другие – переменным балансировочным резисторомR1, также имеющем три вывода: от его концов и от движка (рис. 3а). Если датчиком положения выходного вала является переменный резисторRс выводом от движка, то вместо индуктивности два соседних плеча моста образованы им, а два другие как прежде – балансировочным резисторомR1(рис. 3б).

Напряжение питания моста подаётся на R1 иLили наR1иR (диагональ питания). Измерительной диагональю моста являются выводы от движкаR1и средней точкиLили движкаR. К измерительной диагонали подключена цепь индикатора ДУП, состоящая из выпрямительного мостаVD1…VD4, резистораR2 и микроамперметраA.

Резистор R1служит для установки стрелки микроампер-метра в положение «0%» при закрытом РО, резисторR2, регули-рующий чувствительность индикатора, предназначен для уста-новки стрелки в положение «100%» при полностью открытом РО.

Работа схемы.

Если не нажата ни одна кнопка, двигатель питания не получает.

При выборе направления вращения «Открыть» (нажата кнопка SBC1) обмотка двигателяw₁ подключена к сети напрямую, а обмоткаw₂ через фазосдвигающий конденсатор С, и двигатель вращается, скажем для определённости, по часовой стрелке. При нажатии другой кнопкиSBC2напрямую подключена обмоткаw₂ , а обмоткаw₁ через конденсатор С, и двигатель вращается против часовой стрелки.

Если нажата, например, кнопка SBC1, двигатель будет вращаться и перемещать выходной вал до тех пор, пока не сработает конечный выключатель данного направленияSQ1и не произойдёт разрыва цепи. Аналогично произойдёт отключение двигателя при движении в обратном направлении при нажатой кнопкеSBC2 и срабатыванииSQ2. В промежуточном положении двигатель можно остановить отпусканием кнопки.

Если в промежуточном положении случайно нажаты обе кнопки, обе обмотки будут подключены к фазе А напрямую, обкладки конденсатора С будут эквипотенциальны, фазового сдвига между намагничивающими силами в статоре двигателя не будет, и двигатель будет в заторможенном состоянии.

Для уяснения работы узла ДУП изобразим схему в более удобном виде (рис. 4).

Напряжение питания мостаU_п = 12 В подаётся на параллельно соединённые резисторы R1 и R, имеющие сопротивление 120 и 100 Ом. Через эти резисторы протекают токи

Так как микроамперметр A имеет ток полного отклонения стрелки 1000 мкА, ток этот составляет 1% от величины токаI₁ и 0,8% от величины токаI, т.е. пренебрежимо мал. Поэтому при рассмотрении работы схемы моста можно считать, что потенциометрыR1иR током диагонали АВ не нагружены.

Найдём напряже-ния между нижним по схеме проводом питания моста и движками А и В потенциометров:

Чтобы сбалансиро-вать мост, т.е. чтобы напряжение между точками А и В было равно нулю, необходимо выполнение условия U_A = U_B , откуда следует, что должно выполняться равенство отношений плеч моста:

Это условие надо выполнить перемещением движка резистора R1в крайнем положении выходного вала ИМ при закрытом РО. При этом стрелка индикатора установится на отметку «0%». При перемещении выходного вала ИМ в сторону открытия одновременно с ним перемещается движок резистораR, так что сопротивление его частиR уменьшается, аR увели-чивается. В результате напряжениеU_B станет большеU_A, и по цепи индикатораА потечёт ток. Регулировкой величиныR2этот ток можно установить таким, чтобы в крайнем открытом положении РО стрелка индикатора совместилась с отметкой «100%».

Если вместо потенциометра Rподключают переменную индуктивностьL, все соотношения остаются в силе, только вместо активных сопротивленийRи R в условие равновесия моста следует подставлять индуктивные сопротивления 2fLи 2fL, гдеf= 50 Гц – частота питающей сети.

В автоматической системе управления регулирующий орган не обязательно закрывается и открывается полностью. В этом случае установку стрелки на «0%» производят при крайнем прикрытом положении РО, а на «100%» – при предельном открытом.