ВЭМС_ЗФ_2014 / ВЭМС_тема_6_2014

6Система управления автоматизированным электроприводом

6.1Общие сведения и классификация систем управления

Система управления электропривода (control system) - совокупность управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения электропривода, предназначенных для управления электромеханическим преобразованием энергии с целью обеспечения заданного движения исполнительного органа рабочей машины

Система управления электроприводом - внешняя по отношению к электроприводу система управления более высокого уровня, поставляющая необходимую для функционирования электропривода информацию.

Для выработки законов управления ЭП содержат набор управляющих элементов:

1)задающие (программные) устройства, определяющие уровень и характер изменения регулируемой координаты;

2)датчики регулируемых координат и технологических параметров, дающие информацию о ходе технологического процесса и работе самого ЭП;

3)регуляторы и функциональные преобразователи, вырабатывающие управляющее воздействие на основе сигналов задающих устройств и датчиков координат и параметров;

4)согласующие элементы, позволяющие соединить в единую схему все указанные элементы за счет согласования их входных и выходных сигналов по роду тока, уровням

ивиду сигналов и др.

Техническая реализация систем управления ЭП разнообразна. Они классифицируются по следующим признакам:

1)по элементной базе;

2)по роду тока и мощности;

3)конструктивному исполнению;

4)по характеру преобразования сигналов подразделяются на:

−аналоговые, элементы которых характеризуются наличием функциональной (линейной или нелинейной) зависимости между входным и выходным сигналами, при этом выходной сигнал может принимать любое значение;

−дискретные, элементы и устройства которых могут иметь только нулевой или максимальный выходной сигнал, который появляется или исчезает при достижении

входным сигналом определенного значения (реле и бесконтактные логические элементы).

По способу управления различают:

1)системы ручного управления, в которых оператор непосредственно воздействует на аппараты управления. Недостатками их являются необходимость расположения аппаратов вблизи ЭП, обязательное присутствие оператора, низкие точность и быстродействие;

2)системы полуавтоматического (автоматизированного) управления, когда оператор путем воздействия на различные автоматические устройства, выполняющие отдельные операции. При этом обеспечивается высокая точность управления, возможность дистанционного управления, снижается утомляемость оператора. Однако при таком управлении ограничено быстродействие, так как оператор может затрачивать время на принятие решения о требуемом режиме управления в зависимости от изменившихся условий работы;

3)системы автоматического управления, в которых все операции управления осуществляются автоматическими устройствами без непосредственного участия человека

свысоким быстродействием и точность.

Можно выделить основные классы структур систем управления:

1)децентрализованная система, которая представляет собой совокупность нескольких независимых СУ отдельных ЭП различных механизмов. Для выработки управляющего воздействия на каждый объект управления необходима информация о состоянии только этого объекта;

2)централизованная структура, осуществляющая реализацию всех процессов управления объектами в едином центре управления, который осуществляет сбор и обработку информации об управляемых объектах и на основе их анализа в соответствии

скритериями системы вырабатывает управляющие сигналы. Появление этого класса структур связано с увеличением числа контролируемых, регулируемых и управляемых параметров и с территориальной рассредоточенностью объекта управления. Её

достоинствами	являются	простая	реализация	процессов	информационного
взаимодействия;	принципиальная возможность оптимального управления системой в

целом; достаточно легкая коррекция оперативно изменяемых входных параметров; возможность достижения максимальной эксплуатационной эффективности при минимальной избы-точности технических средств управления. Недостатки - необходимость высокой

1

надежности и производительности средств; высокая суммарная протяженность каналов связи при рассредоточенности объектов управления;

3) централизованная рассредоточенная структура сохраняет принцип централизованного управления, т.е. выработка управляющих воздействий на каждый объект управления на основе информации о состояниях всей совокупности объектов управления. Некоторые функциональные устройства системы управления являются общими для всех каналов системы и с помощью коммутаторов подключаются к индивидуальным устройствам канала, образуя замкнутый контур управления. Алгоритм управления состоит из совокупности взаимосвязанных алгоритмов управления объектами, которые реализуются совокупностью взаимно связанных органов управления. В процессе функционирования каждый управляющий орган производит прием и обработку соответствующей информации и выдачу управляющих сигналов на подчиненные объекты. Для реализации функций управления каждый локальный орган по мере необходимости вступает в процесс информационного взаимодействия с другими органами управления. Достоинства - снижение требований, к производительности и надежности каждого центра обработки и управления без ущерба для качества управления; снижение суммарной протяженности каналов связи. Недостатки - усложнение информационных процессов в системе управления из-за необходимости обмена данными между центрами обработки и управления, а также корректировка хранимой информации; избыточность технических средств, предназначенных для обработки информации; сложность синхронизации процессов обмена информацией;

4) иерархическая структура используется в сложных системах, где увеличивается объем переработанной информации и повышается сложность алгоритмов управления. В результате осуществлять управление централизованно невозможно, так как имеет место несоответствие между сложностью управляемого объекта и способностью любого управляющего органа получать и перерабатывать информацию. Иерархия задач управления приводит к необходимости создания иерархической системы средств управления. Такое разделение, позволяя справиться с информационными трудностями для каждого местного органа управления, порождает необходимость согласования принимаемых этими органами решений, т.е. создания над ними нового

управляющего органа. На каждом уровне	должно быть обеспечено максимальное
соот-ветствие характеристик технических	средств заданному классу задач. Кроме
того, производственные системы имеют	собственную иерархию, возникающую под

влиянием концентрации и специализации производства. Часто иерархическая структура объекта управления не совпадает с иерархией системы управления. Следовательно, по мере роста сложности систем выстраивается иерархическая пирамида управления. Управляемые процессы в сложном объекте управления требуют своевременного формирования правильных решений, которые приводили бы к поставленным целям, принимались бы своевременно, были бы взаимно согласованы. Каждое такое решение требует постановки соответствующей задачи управления. Их совокупность образует иерархию задач управления, которая в ряде случаев значительно сложнее иерархии объекта управления.

6.2 Исполнительные элементы системы управления

6.2.1 Электромагнитное реле.

Электромагнитное реле - аппарат, предназначенный для коммутации слаботочных цепей управления ЭП в соответствии с электрическим сигналом, подаваемым на его катушку. Реле используются в качестве датчиков тока и напряжения, а также как промежуточные элементы для передачи команд из одной цепи в другую и размножения сигналов, как датчики времени, выходные элементы различных датчиков координат ЭП и датчики технологических параметров рабочих машин и механизмов. Другими словами, они выполняют самые разнообразные функции управления, контроля, защиты и блокировок в автоматизированном ЭП.

Электромагнитное реле действует аналогично контактору (рисунок 6.1). На сердечнике 2 магнитной системы реле находится катушка 7, на которую подается входной электрический сигнал. Когда ток (напряжение) в цепи катушки превышает некоторое значение, называемое током (напряжением) срабатывания реле, создаваемая им электромагнитная сила становится больше противодействующей силы возвратной пружины 10, якорь 3 реле притягивается к сердечнику 2 и траверса 6, поднявшись, обеспечивает замыкание контактов 8 и размыкание контактов 7. Сила нажатия в контактах создается пружиной 9. Если уменьшить (отключить) ток (напряжение) в катушке, то якорь под действием пружины 10, перейдет в исходное положение и контакты 7,8 вернутся в нормальное (исходное) положение. Ток (напряжение), при

2

котором якорь реле возвращается в исходное положение, называется током (напряжением) возврата или отпускания, а отношение тока (напряжения) возврата к току (напряжению) срабатывания - коэффициентом возврата реле.

Рисунок 6.1 - Устройство электромагнитного реле
Ток (напряжение) срабатывания реле можно регулировать в	определенных
пределах изменением силы натяжения возвратной пружины 10 с помощью	гайки 5, а

также за счет зазора 5, регулируемого с помощью винта 4. При затяжке пружины 10 или увеличении зазора 8 ток (напряжение) срабатывания возрастает.

Поскольку контакты реле коммутируют небольшие (до 10 А) токи, они обычно не имеют дугогасительных камер.

Рисунок 6.2 - Устройство герконового реле Герконовые электромагнитные реле имеют герметизированые контакты, что

повышает их износостойкость и надежность в работе. Рассмотрим устройство простейшего реле с герметичным контактом - герконом (рисунок 9.4). Внутри стеклянной герметизированной капсулы 3, наполненной инертным газом, находятся неподвижный 1 и подвижный 2 контакты, изготовленные из сплава железа с никелем. Капсула 3 охвачена магнитопроводом 5, на части которого располагается катушка 4. Если на катушку 4 подать постоянный ток напряжением U, то он создаст в магнитопроводе 5 и контактах 1 и 2 магнитный поток, под воздействием которого конец подвижного контакта 2 переместится вниз и замкнется с контактом 1, в результате чего цепь коммутируемого тока I замкнется. При снятии напряжения с катушки магнитный поток исчезнет и упругий контакт 2 вернется в исходное положение, разомкнув цепь. Износоустойчивость реле с герконами, способных коммутировать токи до 5 А при напряжении до 100 В, достигает нескольких десятков миллионов срабатываний.

6.2.2 Контакторы и магнитные пускатели

Контактор представляет собой электромагнитный аппарат, предназначенный для частых дистанционных коммутаций силовых цепей двигателей. Контакторы различаются по роду тока коммутируемой цепи, числу главных контактов (одно-, двух- и многополюсные), роду тока цепи катушки (управление постоянным или переменным токами), номинальным току и напряжению коммутируемых цепей, конструктивному исполнению и другим признакам.

3

Рисунок 6.3 - Устройство и обозначение в схемах контактора Устройство однополюсного контактора постоянного тока показано на рисунке

6.3, а. На неподвижном сердечнике 14 магнитной системы контактора установлена втягивающая катушка 12. С подвижной частью магнитной системы (якорем 8) связан подвижный главный контакт 5, который присоединяется к цепи тока при помощи гибкого проводника 7. При подаче напряжения на катушку 12 (замыкании контакта 13) якорь притягивается к сердечнику и контакт 5 замыкается с неподвижным главным контактом 7, что обеспечивает коммутацию тока I. Необходимое нажатие главных контактов в их рабочем положении обеспечивается пружиной 6. В процессе соприкосновения контактов 7 и 5 происходит их перекатывание и притирание, что уменьшает переходное сопротивление контакта.

С якорем 8 связаны также вспомогательные (блокировочные) контакты мостикового типа - замыкающие 10 и размыкающие 77, предназначенные для работы в цепях управления и рассчитанные на небольшие токи. Блокировочные контакты 10 замыкаются и 77 размыкаются одновременно с замыканием главных контактов.

Отключение контактора производится снятием напряжения с катушки 12 (контакт 13 размыкается), при этом его подвижная система под действием силы тяжести и возвратной пружины 9 возвращается в «нормальное» состояние. Возникающая при размыкании главных контактов электрическая дуга гасится в щелевой дугогасительной камере 4, изготовленной из жаростойкого изоляционного материала. Для ускорения гашения дуги могут применяться камеры с изоляционными перегородками 3, а также иногда устанавливается искрогасительная решетка из коротких металлических пластин

2.

Контакторы постоянного тока изготавливаются с одним или двумя полюсами на номинальные токи главных контактов до 2500 А. Главные контакты способны отключать токи перегрузки до 10-кратные номинальному току. Катушки контакторов постоянного тока имеют большое количество витков и обладают значительной индуктивностью, что затрудняет размыкание их цепей.

На рисунке 6.3, 6, в, г показаны соответственно условные обозначения элементов контактора: втягивающей катушки; замыкающих и размыкающих главных контактов без дугогашения и с дугогашением. Условное обозначение вспомогательных контактов см. на рисунок 6.3, в.

Контакторы переменного тока по принципу своего действия и основным элементам конструкции аналогичны контакторам постоянного тока. Особенностью их работы является питание катушки переменным током, что определяет повышение тока в ней при срабатывании в несколько раз по сравнению с током при не втянутом якоре. По этой причине для контакторов переменного тока ограничивается число их включений в час (обычно не более 600). Кроме того, пульсирующий магнитный поток, создаваемый переменным током катушки, вызывает вибрацию, гудение и повышенный нагрев магнитопровода. Для уменьшения этих факторов магнитопровод набирают из тонколистовой трансформаторной стали, а на сердечник или якорь помещают короткозамкнутый виток. В контакторах переменного тока проще условия гашения дуги, которая в этом случае менее устойчива и может погаснуть при прохождении переменного тока нагрузки через ноль. Контакторы переменного тока на электрических схемах обозначаются так же, как и контакторы постоянного тока.

Магнитный пускатель представляет собой специализированный комплексный аппарат, предназначенный главным образом для управления трехфазными асинхронными двигателями, т. е. для их подключения к сети, отключения, обеспечения тепловой защиты и сигнализации о режимах работы. В соответствии с функциями пускателя в

4

него могут входить контактор, кнопки управления, тепловые реле защиты, сигнальные лампы, размещаемые в одном корпусе. Магнитные пускатели различаются по назначению (нереверсивные и реверсивные), наличию или отсутствию тепловых реле и кнопок управления, степени защиты от воздействия окружающей среды, уровням коммутируемых токов, рабочему напряжению главной цепи.

Рисунок 6.4 - Магнитный пускатель ПМЛ-2100

6.3 Датчики системы управления

Датчик – это средство измерений, размещаемое в месте отбора информации, исполняющее функцию преобразователя измеряемой физической величины (давление, температура, расход, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток) в электрическую или электромагнитную величину. Понятие датчика близко к понятиям измерительный инструмент и измерительный прибор, но их показания в основном читаются человеком-оператором, а датчики используются в автоматическом режиме.

ВЭП для формирования требуемых статических и динамических характеристик применяются обратные связи по скорости, положению, моменту, току и напряжению, реализуемые с помощью соответствующих датчиков. Кроме этого ряд датчиков контролирует состояние отдельных компонентов системы, например, не превышение максимальной температуры подшипников или обмоток электродвигателя.

Вэлектрических схемах маркируются как правило первой буквой B. Классификация датчиков выполняется по следующим критериям:

а) по способу формирования выходных величин, в которую преобразуется входная

величина:

-параметрические (пассивные), которые нуждаются во внешнем источнике

питания;

-генераторные (активные), которые сами генерируют электрические сигналы малой мощности, использующие эффект наведенной ЭДС (электромагнитной индукции), пьезоэффект, эффект Холла, термо-ЭДС;

б) по измеряемому параметру на:

-датчики давления (абсолютного давления, избыточного давления, разрежения, разности давления);

-датчики расхода (механические счетчики, перепадомеры, ультразвуковые расходомеры, электромагнитные расходомеры, кориолисовые расходомеры, вихревые расходомеры);

-уровня (поплавковые, кондуктометрические, ёмкостные, радарные, ультразвуковые);

-температуры (термопара, термометр сопротивления, пирометр, датчик теплового потока);

-датчик концентрации (кондуктометры);

-радиоактивности (ионизационная камера, датчик прямого заряда)

-перемещения (абсолютный шифратор, относительный шифратор);

-положения;

-фотодатчики;

-вибрации (пьезоэлектрический или вихретоковый);

-механических величин (относительного или абсолютного расширения);

-влажности (гигрометр);

-цветности (колориметр);

-скорости (тахогенератор, энкодер, реле контроля скорости);

5

-ускорения;

-проводимости;

-электрического напряжения;

-силы электрического тока;

-магнитного поля (датчик Холла); в) по принципу действия:

-оптические датчики (фотодатчики);

-магнитоэлектрический датчик (используют эффекта Холла);

-пьезоэлектрический датчик;

-тензо преобразователь;

-ёмкостной датчик;

-потенциометрический датчик;

-индуктивный датчик;

г) по характеру выходного сигнала:

-дискретные (релейные), у которых выходной сигнал имеет два фиксированных значения;

-аналоговые, у которых выходной сигнал непрерывно изменяется в некотором диапазоне электрической величины (например, от 4 до 20 мА постоянного тока);

-цифровые, которые на выходе выдают цифровой код в соответствии с определенным интерфейсом промышленного компьютера;

-импульсные, которые на выходе генерируют определенное число импульсов в единицу времени, пропорциональное измеряемой величине;

д) по среде передачи сигналов:

-проводные;

-беспроводные.

Основной характеристикой датчика является чувствительность

S = ∆Y/∆X,

где ∆Y, ∆X – приращения выходной и входной величин.

Часто пользуются понятием относительной чувствительности

S = (∆Y·Y)/(∆X·X),

где Y, Х - полные изменения выходной и входной величин.

Датчики могут быть линейными (S=const) и нелинейными (S=var). У последних чувствительность зависит от входной величины. Важным параметром датчика является порог чувствительности, представляющий собой наименьшее значение входной величины, вызывающее изменение выходной величины, которое может быть измерено.

Номинальной характеристикой датчика называется зависимость выходной величины от входной величины. Эта характеристика дается в паспорте датчика и используется как расчетная при измерениях. Экспериментально снятая зависимость вход-выход

отличается	от номинальной на погрешность.
Различают абсолютную и относительную погрешности датчика по входу.
Абсолютная	погрешность относительная погрешность:

∆X= Хвх.ном-Xд,

где Хвх.ном - значение входной величины датчика, определяемое по выходной величине и номинальной характеристике;

Хд - действительное значение входной величины.

Наряду с высокой чувствительностью и малой погрешностью, датчики должны обладать необходимым диапазоном изменения входной величины, возможностью согласования с измерительной схемой и минимальным обратным воздействием датчика на входную величину. При быстрых изменениях входной величины датчик должен быть малоинерционным.

Разрешающая способность характеризует минимальное изменение измеряемой величины, которое может почувствовать датчик. При непрерывном изменении внешнего воздействия в пределах диапазона измеряемых значений выходные сигналы датчиков не будут всегда абсолютно гладкими, даже при отсутствии шумов.

Быстродействие датчика – скорость его реакции, выражаемая в единицах внешнего воздействия на единицу времени. Способ описания: АЧХ или быстродействие, зависит от типа датчика, области применения и предпочтений разработчика.

Требования, предъявляемые к датчикам:

-однозначная зависимость выходной величины от входной;

-стабильность характеристик во времени;

-высокая чувствительность;

-малые размеры и масса;

-отсутствие обратного воздействия на контролируемый процесс и на контролируемый параметр;

-работа при различных условиях эксплуатации;

-различные варианты монтажа.

6

6.3.1 Датчики напряжения

Датчики напряжения для ЭП с ДПТ выполняются на основе потенциометра, включаемого на зажимы якоря М двигателя, как это показано на рисунке 6.5, а. Уровень сигнала обратной связи по напряжению Uон, снимаемого с потенциометра RP, а значит, и коэффициент обратной связи по напряжению определяются положением движка потенциометра.

Рисунок 6.5 - Схемы измерения напряжения: а - ДПТ с НВ, б - АД Для получения сигнала обратной связи по напряжению в ЭП с двигателями

переменного тока используются трансформаторные схемы (см. рисунок 6.5, б). Аналогичные схемы применяются в системе УВ - ДПТ, где трансформаторы напряжения подключаются к цепям переменного тока УВ.

6.3.2 Датчики тока

Современные датчики тока подразделяются на следующие типы:

-резистивные датчики (токовые шунты);

-датчики тока на эффекте Холла;

-трансформаторы тока;

-волоконно-оптические датчики тока (ВОДТ) на эффекте Фарадея;

-пояс Роговского, который в основном применяется для измерения импульсных токов большой величины, но он обладает невысокой точностью и при его использовании появляется необходимость в интегрирующем устройстве.

Достоинства и недостатки различных типов датчика тока определяют области их применения.

Наиболее распространенным средством измерения силы тока в системах электроснабжения является трансформатор тока. Он способен работать в широком диапазоне температур и номинальных токов, обладает достаточной для практики точностью и может применяться в широком диапазоне номинальных напряжений. Трансформатор тока обеспечивает гальваническую развязку вторичных цепей. Основной недостаток данного датчика заключается в том, что размыкание вторичной измерительной обмотки не допускается, т.к. это приводит к аварийной ситуации, обусловленной высоким перенапряжением и нагревом.

Для целей измерения тока в низковольтных цепях постоянного и переменного тока широко используется резистивный датчик тока. Данный датчик является самым простым в исполнении и обладает высокой точностью измерения, однако главный недостаток состоит в наличии гальванической связи с измерительными цепями, что ограничивает область их применения.

В последние время для измерения постоянного и переменного тока находят наиболее частое применение датчики тока на эффекте Холла. Основными недостатками данного датчика является зависимость показаний от температуры, невысокий, по сравнению с трансформатором тока, диапазон номинальных напряжений.

Для измерения сверхбольших токов при высоких напряжениях в последнее время все чаще применяются оптоволоконные датчики тока.

6.3.2 Датчики скорости Наиболее распространённым аналоговым датчиком скорости является

тахогенератор. Это измерительный генератор постоянного или переменного тока, предназначенный для преобразования мгновенного значения частоты (угловой скорости) вращения вала в пропорциональный электрический сигнал. Величина (ЭДС), а в некоторых типах ТГ и частота, сигнала прямо пропорциональны частоте вращения. Действие тахогенератора основано на пропорциональности угловой частоты вращения ротора генератора к его ЭДС при постоянном значении потока возбуждения. Тахогенераторы делятся на несколько типов: переменного тока (синхронные и асинхронные) и постоянного тока.

6.3.3 Датчики углового положения Используются для контроля положения угла поворота рабочего органа или вала

электродвигателя. Наибольшее распространение получили следующие аналоговые датчики поворота:

7

-сельсины;

-синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ).

Из дискретных датчиков для фиксации крайних предельзначений 6.3.4 Датчики момента

Датчик крутящего момента, основываясь на тензометрическом принципе, возможно использовать с тензоусилителем. Датчик крутящего момента преобразует кручение в электрический сигнал, который может передаваться через трансформатор, оптическое устройство, щетку, контактное кольцо. Существуют бесконтактные датчики крутящего момента, высокоскоростные датчики крутящего момента, малогабаритные датчики крутящего момента. Представленные в нашем каталоге датчики крутящего момента могут измерять как динамический, так и статический моменты. Также датчик крутящего момента может быть использован для измерения частоты вращения и угла поворота. Датчик крутящего момента может проводить измерения как на вращающихся элементах, так и на невращающихся. Датчик крутящего момента позволяет проводить измерения переменных и постоянных вращающих моментов. Датчик крутящего момента способен работать в направлении раскручивания, либо в направлении закручивания, а также в двух направлениях.

6.3.5 Датчики температуры В современном производстве наиболее распространенными являются измерения

температуры. Широкий диапазон измеряемых температур, разнообразие условий использования средств измерений и требований к ним определяют многообразие применяемых средств измерения температуры.

Датчики температуры для промышленного применения подразделяются на классы:

1)кремниевые датчики температуры;

2)биметаллические датчики,

3)жидкостные и газовые термометры,

4)термоиндикаторы,

5)Термисторы

6)термопары,

7)термопреобразователи сопротивления

8)инфракрасные датчики.

Кремниевые датчики температуры используют зависимость сопротивления полупроводникового кремния от температуры. Диапазон измерения -50…+150 0C. Применяются в основном для измерения температуры внутри электронных приборов.

Биметаллический датчик сделан из двух разнородных металлических пластин, скрепленных между собой. Разные металлы имеют различный температурный коэффициент расширения. Если соединенные в пластину металлы нагреть или охладить, то она изогнется, при этом замкнет (разомкнет) электрические контакты или переведет стрелку индикатора. Диапазон работы биметаллических датчиков -40…+550 0C. Используются для измерения поверхности твердых тел и температуры жидкостей. Основные области применения – автомобильная промышленность, системы отопления и нагрева воды.

Термоиндикаторы – это особые вещества, изменяющие свой цвет под воздействием температуры. Изменение цвета может быть обратимым и необратимым. Производятся в виде пленок.

Принцип действия термопреобразователей сопротивления (терморезисторов) основан на изменении электрического сопротивления проводников и полупроводников в зависимости от температуры.

Платиновые терморезисторы предназначены для измерения температур в пределах от –260 до 1100 0С. Широкое распространение на практике получили более дешевые медные терморезисторы, имеющие линейную зависимость сопротивления от температуры.

Недостатком меди является небольшое ее удельное сопротивление и легкая окисляемость при высоких температурах, вследствие чего конечный предел применения медных термометров сопротивления ограничивается температурой 180 0C. По стабильности и воспроизводимости характеристик медные терморезисторы уступают платиновым. Никель используется в недорогих датчиках для измерения в диапазоне комнатных температур.

Полупроводниковые терморезисторы (термисторы) имеют отрицательный или положительный температурный коэффициент сопротивления, значение которого при 20 0C составляет (2…8)*10–2 (0C)–1, т.е. на порядок больше, чем у меди и платины. Полупроводниковые терморезисторы при весьма малых размерах имеют высокие значения сопротивления (до 1 МОм). В качестве полупров. материала используются оксиды металлов: полупроводниковые терморезисторы типов КМТ - смесь окислов кобальта и марганца и ММТ - меди и марганца.

8

Полупроводниковые датчики температуры обладают высокой стабильностью характеристик во времени и применяются для изменения температур в диапазоне от –

100 до 200 0С.

Термоэлектрические преобразователи (термопары) - принцип действия термопар основан на термоэлектрическом эффекте, который состоит в том, что при наличии разности температур мест соедине-ний (спаев) двух разнородных металлов или полупроводников в контуре возникает электродвижущая сила, называемая термо-электродвижущей (сокращенно термо-ЭДС). В определенном интер-вале температур можно считать, что термо-ЭДС прямо пропор-циональна разности температур ∆T = Т1 – Т0 между спаем и концами термопары.

Соединенные между собой концы термопары, погружаемые в среду, температура которой измеряется, называют рабочим концом термопары. Концы, которые находятся в окружающей среде, и которые обычно присоединяют проводами к измерительной схеме, называют свободными концами. Температуру этих концов необходимо поддерживать постоянной. При этом условии термо-ЭДС Ет будет зависеть только от температуры T1 рабочего конца. Создаваемая термопарами ЭДС сравнительно невелика: она не

превышает 8 мВ на	каждые 100 0С и обычно не превышает по			абсолютной величине 70
мВ. Термопары позволяют измерять температуру в диапазоне от –200 до 2200 0С.
Наибольшее	распространение	для	изготовления	термоэлектрических

преобразователей получили платина, платинородий, хромель, алюмель.

Термопары имеют следующие преимущества: простота изготовления и надёжность в эксплуатации, дешевизна, отсутствие источников питания и возможность измерений в большом диапазоне температур.

Наряду с этим термопарам свойственны и некоторые недостатки - меньшая, чем у терморезисторов, точность измерения, наличие значительной тепловой инерционности, необходимость введения поправки на температуру свободных концов и необхо-димость в применении специальных соединительных проводов.

Инфрокрасные датчики (пирометры) - используют энергию излучения нагретых тел, что позволяет измерять температуру поверхности на расстоянии. Пирометры делятся на радиационные, яркостные и цветовые. Радиационные пирометры используются для измерения температуры от 20 до 2500 0С, причем прибор измеряет интегральную интенсивность излучения реального объекта. Яркостные (оптические) пирометры используются для измерения температур от 500 до 4000 0С. Они основаны на сравнении в узком участке спектра яркости исследуемого объекта с яркостью образцового излучателя (фотометрической лампы). Цветовые пирометры основаны на измерении отношения интенсивностей излучения на двух длинах волн, выбираемых обычно в красной или синей части спектра; они используются для измерения температуры в диапазоне от 800 0С. Пирометры позволяют измерять температуру в труднодоступных местах и температуру движущихся объектов, высокие температуры, где другие датчики уже не работают.

Кварцевые термопреобразователи используют для измерения температур от – 80 до 250 0С, имеющие зависимость собственной частоты кварцевого элемента от температуры. Работа данных датчиков основана на том, что зависимость частоты преобразователя от температуры и линейность функции преобразования изменяются в зависимости от ориентации среза относительно осей кристалла кварца. Данные датчики

широко используются в цифровых термометрах.
6.4 Основные управляющие устройства СУ ЭП
Кроме	основных	функций	СУ	электроприводами	выполняют	некоторые

дополнительные функции:

-сигнализация;

-организация типовых защит;

-выполнения блокировки ЭП в нештатной ситуации.

6.4.1 Кнопки, командоконтроллеры, переключатели, выключатели.

Кнопки управления предназначены для подачи оператором управляющего воздействия на ЭП. Они различаются по размерам - нормальные и малогабаритные, числу замыкающих и размыкающих контактов, форме толкателя, цвету. Две, три или более кнопок, смонтированных в одном корпусе, образуют кнопочную станцию (пост кнопочный). Одноцепные кнопки управления выпускают с замыкающим и размыкающим контактами (рисунок 6.4, а). Отметим, что контакты на схемах изображаются в «нормальном» состоянии электрических аппаратов, т.е. когда на них не оказывается

механического, электрического, магнитного или какого-либо	другого воздействия.
Двухцепные кнопки имеют обе пары показанных контактов	с единым приводом.

9

Особенностью кнопок управления является их способность возвращаться в исходное (нормальное) положение (самовозврат) после снятия воздействия.

Ключи управления (универсальные переключатели) предназначены для подачи управляющего воздействия на ЭП и имеют два или более фиксированных положений рукоятки и несколько замыкающих и размыкающих контактов (см. рисунок 6.4,б). В среднем положении рукоятки (позиция 0) замкнут контакт SM1, что обозначается точкой на схеме, а контакты SM2 и SM3 разомкнуты. В положении 1 рукоятки замыкается контакт SM2 и размыкается SM1. Число контактов ключей и диаграмма их работы могут быть самыми различными.

Рисунок 6.6 - Обозначения в схемах: а - кнопка, б - переключатель, в - контакты

Универсальные переключатели используются для коммутации цепей катушек контакторов, масляных выключателей, управления многоскоростными АД и в ряде других случаев. Они могут коммутировать до 32 цепей и иметь более восьми положений (позиций) рукоятки управления.

Командоконтроллеры (командоаппараты) служат для коммутаций нескольких маломощных электрических цепей. Эти аппараты, имеющие ручное управление от рукоятки или педали с несколькими положениями, находят широкое применение в схемах управления ЭП крановых механизмов, металлургического оборудования, на транспорте.

Командоаппараты классифицируются по числу коммутируемых цепей, виду привода контактной системы, числу рабочих положений рукоятки (педали), диаграммам включения и выключения контактов. Их электрическая схема изображается аналогично схеме ключей управления и переключателей (см. рисунок 9.1).

Рубильники это простейшие силовые коммутационные аппараты, которые в основном предназначены для неавтоматического нечастого замыкания и размыкания силовых электрических цепей двигателей постоянного и переменного тока напряжением до 500 В и током до 5000 А. Они различаются по силе коммутируемого тока, числу полюсов (коммутируемых цепей), виду привода рукоятки и числу ее положений (два или три).

Пакетные выключатели - это разновидность рубильников. Их контактная система набирается из отдельных пакетов по числу полюсов (коммутируемых цепей). Пакет состоит из изолятора, в пазах которого находятся неподвижный контакт с винтовыми зажимами для подключения проводов и пружинный подвижный контакт с устройством искрогашения.

Контроллеры - это многопозиционные электрические аппараты с ручным или ножным приводом для непосредственной коммутации силовых цепей двигателей постоянного и переменного тока. В ЭП используются контроллеры двух видов - кулачковые и магнитные.

В кулачковых контроллерах размыкание и замыкание контактов обеспечивается смонтированными на барабане кулачками, поворот которых осуществляется с помощью рукоятки, маховичка или педали. За счет профилирования кулачков обеспечивается необходимая последовательность коммутации контактных элементов.

Магнитные контроллеры представляют собой коммутационные устройства, в состав которых входят командоконтроллер и силовые электромагнитные аппараты - контакторы. Командоконтроллер с помощью своих контактов управляет катушками контакторов, которые в свою очередь осуществляют коммутацию силовых цепей двигателей. Применение такого контроллера вместо кулачкового позволяет повысить степень автоматизации ЭП, а следовательно, и производительность рабочей машины или механизма, и улучшить условия труда оператора, так как управление ЭП с помощью командоконтроллера или кнопочной станции не потребует от него приложения больших усилий. Срок службы магнитных контроллеров при одних и тех же условиях также существенно выше, чем кулачковых, что объясняется высокими коммутационной способностью и износостойкостью электромагнитных контакторов. Магнитные контроллеры нашли основное применение в ЭП крановых механизмов, работа которых характеризуется частым включением двигателей. Главная цепь контроллеров рассчитывается на переменный ток напряжением 220 и 380 В, а цепи управления - на постоянный ток напряжением 220 В и на переменный ток с напряжением силовой цепи.

6.4.1 Аппараты защиты

Аппараты максимальной токовой защиты используются для отключения питания элементов ЭП в случае замыкания электрических цепей между собой или на землю

10