виконавчі елементи

Виконавчі елементи призначені для безпосереднього впливу на керований об'єкт або його органи управління. Виконавчі елементи, що застосовуються в системах автоматики, дуже різноманітні. За принципом дії вони діляться на електричні, механічні, гідравлічні, пневматичні та комбіновані.

По конструкції розрізняють електронні, електродвигунні, електромагнітні, поршневі, мембранні і комбіновані виконавчі елементи.

Виконавчі елементи повинні відповідати таким вимогам:

• потужність їх повинна перевищувати потужність, необхідну для приведення в рух об'єкта управління або його органів у всіх режимах роботи;
• статичні характеристики повинні бути по можливості лінійними і мати мінімальні зони нечутливості, як найбільш потужні функціональні ланки автоматичних систем регулювання, вони повинні мати достатній швидкодією;
• регулювання вихідної величини має бути по можливості простим і економічним;
• вони повинні мати малу потужність управління.

В якості виконавчих елементів в системах автоматики в основному застосовують потужні електромагнітні реле, електромагніти, електродвигуни, електромагнітні муфти, мембранні і поршневі, гідравлічні і пневматичні двигуни.

Електродвигуни постійного струму широко застосовують в пристроях автоматики в якості виконавчих елементів, що перетворюють електричну величину - струм в механічну величину - крутний момент. Двигуни постійного струму в залежності від способів збудження можуть бути з паралельним, послідовним, змішаним і незалежним збудженням.

У малопотужних електродвигунах для створення магнітного потоку збудження часто використовують постійні магніти. В цьому випадку можна побудувати багатополюсну машину постійного струму, що спрощує комутацію і забезпечує рівномірний розподіл магнітної індукції в зазорі. Одним із прикладів є високомоментного двигун, у якого високу швидкодію досягається завдяки збільшенню динамічного моменту при незмінному моменті інерції якоря.

Двигуни постійного струму мають такі переваги: ​​широкий і безступінчатий діапазон регулювання частоти обертання, який може бути забезпечений в межах D = ΩMAX / ΩMIN = 15 ... 5000, простоту регулювання частоти обертання; жорсткі механічні характеристики, що задовольняють вимогам до приводів верстатів, зокрема, у двигунів з незалежним, паралельним збудженням; велику перевантажувальну здатність з коефіцієнтом перевантаження в межах КП = МП / МН = 2,5 ... 10, де МП - пусковий момент, МН - номінальний момент; порівняно малу інерційність (достатню швидкодію).

Однак у цих двигунів є і суттєві недоліки: складність конструкції, порівняно низька надійність, значні габаритні розміри на одиницю потужності, а також те, що при їх застосуванні потрібно перетворювач змінного струму в постійний.

Електродвигуни змінного струму. За принципом дії їх поділяють на синхронні і асинхронні. Більш широке поширення в автоматизованих системах отримали асинхронні двигуни, які поділяють на трифазні з короткозамкненою обмоткою ротора, з порожнистим феромагнітним ротором, з порожнистим немагнітним ротором.

У машинобудуванні більш широкого поширення набули трифазні асинхронні двигуни, які мають такі переваги: ​​малі габаритні розміри, просту конструкцію, високу надійність (відсутність рухомих контактів), жорсткі механічні характеристики (для двигунів з короткозамкненим ротором). До недоліків асинхронних двигунів нормального виконання слід віднести: малу перевантажувальну здатність (КП = 15 ... 25), вузький і ступінчастий діапазон регулювання частоти обертання (зміною числа пар полюсів). Однак за останній час розроблені частотні напівпровідникові перетворювачі, що дозволяють здійснювати регулювання кутової швидкості зміною частоти струму живлячої напруги.

Крокові електродвигуни представляють собою електромеханічні пристрої, що перетворюють електричні сигнали в дискретні кутові переміщення валу. Статор двигуна (рис. 23) має три пари полюсів з трьома обмотками (1ф, 2ф, Зф). При подачі живлення на обмотку 1ф виникає магнітне поле. І якщо вісь ротора не збігається з напрямком силових ліній в порушених полюсах статора (положення найбільшої магнітної проникності), на ротор починають діяти тангенціальні сили FТ. які змушують його повернутися до збігу осі ротора з напрямком магнітних силових ліній. Якщо зняти харчування з обмотки 1ф і подати струм на обмотку 2ф, то ротор повернеться в положення, показане пунктиром. При послідовної подачі імпульсів струму на обмотки 1ф, 2ф, ЗФ з періодичним повторенням ротор буде обертатися за годинниковою стрілкою. Якщо послідовно подавати струм на обмотки в зворотному порядку, ротор почне повертатися в протилежному напрямку.

При такому харчуванні трьох обмоток повний електричний цикл харчування проходить за три такти (три імпульсу струму). Можна подавати імпульси харчування по черзі то на одну, то на дві обмотки статора. Тоді для обертання за годинниковою стрілкою порядок харчування обмоток буде наступний:

У цьому випадку цикл харчування обмоток повторюється через шість тактів, і кут повороту ротора за один такт харчування зменшується в 2 рази, так як при харчуванні відразу двох обмоток ротор займає положення посередині між сусідніми полюсами.

Подальше зменшення кута повороту ротора крокового двигуна досягається застосуванням багатотактних схем включення живлення його обмоток.

Електромагніти широко застосовують в автоматизованих пристроях і системах для забезпечення швидких переміщень на обмежені відстані і з обмеженими силами. Їх використовують для управління гідравлічними і пневматичними вентилями, пневморозподільника, включення і виключення кулачкових і фрикційних муфт, переміщення гальмівних колодок і т. Д. Перевагою електромагнітів є простота конструкції (відсутність механізмів перетворення рухів).

Електромагнітні муфти (ЕМ) знайшли широке застосування в автоматизованих системах і пристроях для перемикання кінематичних ланцюгів без переривання руху, плавного пуску і гальмування механізмів, регулювання швидкості і для обмеження сили струму (захисту). Залежно від конструктивного виконання розрізняють ЕМ: дискові ЕТМ; безконтактні дискові МЕМ, МЕТ; порошкові; ковзання. Існують також фрикційні дискові гідравлічні муфти. Гідність електромагнітних муфт в тому, що з їх допомогою можна досягати плавного пуску і гальмування, перемикання кінематичних ланцюгів на ходу і т. Д. Недоліки - мале швидкодію і механічний знос.

Гідромотори в залежності від видів руху ділять на гідромотори поступального і обертального руху. Гідромотори поступального руху по конструкції бувають поршневі, діафрагмові (мембранні) одностороннього і двостороннього дії; гідромотори обертального руху - шестеренні, лопатеві, аксіально-плунжерні і радіально-плунжерні.

На рис. 24 показаний гидромотор поступального руху з золотниковим пристроєм 3 і пристроєм управління 4 (УУ). Допоміжної енергією в цьому пристрої є енергія рідини, що нагнітається в трубопровід насосом 1 під тиском р. Тиск р підтримується постійним за допомогою стабілізатора тиску 2. Вхідним впливом приводу є переміщення штока поршня 5 гідромотора, яке передається безпосередньо на об'єкт управління. Поршень гідромотора переміщається в силовому циліндрі 6, що має дві камери (7 і 8). Якщо канали, по яких рідина, що знаходиться під тиском, надходить в камери гідромотора, перекриті пасками золотника, то поршень нерухомий. При переміщенні золотника 3 на відстань Хвх в одну камеру гідромотора починає надходити знаходиться під тиском рідина, а друга камера з'єднується з трубопроводом, по якому рідина повертається до насоса (магістраль «Злив»), Тиск в камерах гідромотора буде різним, і поршень під дією різниці тисків почне переміщатися. Швидкість руху поршня залежить від об'єму рідини, що вливається в одну камеру і яка витікає з іншої в одиницю часу. Цей обсяг залежить від розміру отворів, через які може протікати рідина після переміщення золотника на відстань Хвх. Гидромотор з двома камерами розвиває практично однакові сили при подачі тиску в одну або іншу камеру, але напрямок руху змінюється на протилежне.

Існують однокамерні гідромотори, у яких зворотний рух здійснюється під дією поворотної пружини, т. Е. Робочий хід у них односторонній.

Переваги гидромоторов: простота конструкції, притаманна поршневим лопатевим і шестерінчастим двигунів, можливість отримання великих сил і потужностей, плавних рухів; жорсткі механічні характеристики; можливість отримання прямолінійних і обертальних рухів; широкий діапазон регулювання швидкості. Застосовують два способи регулювання - об'ємний (зміна подачі насоса) і дросельний (регулювання зміною тиску). Гідромотори мають і суттєві недоліки: витік масла, необхідність застосування автономної гідросистеми, залежність характеристик гідросистеми і гідродвигуна від температури і в'язкості масла і т. Д.

Пневматичні двигуни. За принципом дії пневмодвигатели можна розділити на поршневі і діафрагмові (мембранні) одностороннього і двостороннього дії. Регулювання швидкості здійснюється так само, як в гідромоторах. Переваги: ​​здатність розвивати великі сили при малих габаритних розмірах, простота конструкції, а також те, що для узгодження з об'єктом регулювання не потрібні редуктори. Основний недолік - недостатня жорсткість механічних характеристик

Поділитися посиланням: