Слідкуючий електропривід

Слідкуючим електроприводом називають електричну систему автоматичного відтворення кутових зміщень за допомогою силового виконавчого механізму. Слідкуючий електропривід — це замкнута система з жорстким зворотнім зв’язком за положенням. Від інших видів автоматизованого електроприводу він відрізняється відсутністю заданої програми.

На рис.3.3.15 зображена структурна схема слідкуючого електроприводу. На задаючому пристрої ЗП встановлюють необхідний кут повороту image002 регулюючого органу РО керованого об’єкту. Завдяки механічному зв’язку з давачем Д в останньому відбувається перетворенняimage004 заданого кута повороту image006 в задаючий сигнал Uа. Регулюючий орган РО механічно зв’язаний із вимірювальним пристроєм ВП, у якому виробляється електричний сигнал Uimage008, що знаходиться у визначеній функціональній залежності від кутового положення image009 регулюючого органу РО. Сигнал Uimage010 представляє собою сигнал зворотного зв’язку за положенням регулюючого органу РО. Сигнали Uimage011 і Uimage012 надходять на порівняльний пристрій ПП, на виході якого виникає сигнал розбіжності

image014 (3.3.1)

Цей сигнал надходить на підсилювач потужності ПП, а потім — на керуючу обмотку виконавчого двигуна М, що перетворить сигнал розбіжності в кутове переміщення регулюючого органу РО, механічно сполученого з виконавчим двигуном через редуктор Р. Це ж кутове переміщення передається на вимірювальний пристрій ВП. Після того як регулюючий орган РО керованого пристрою повернеться на кут image016image018, сигнал розбіжностіimage020, тобто слідкуючий електропривід прийде в узгоджений стан.

image022

Рис.3.3.15. Структурна схема слідкуючого електроприводу.

У слідкуючому електроприводі можна застосовувати релейний або аналоговий (неперервний) спосіб керування. При релейному керуванні частота обертання ротора (якоря) виконавчого двигуна не залежить від значення сигналу розбіжності Uimage024, тобто поки сигнал розбіжності Uimage026image0280, двигун обертається з незмінною частотою. При аналоговому (безперервному) керуванні частота обертання виконавчого двигуна пропорційна сигналу розбіжності, тобто вона максимальна на початку відпрацювання заданого кута повороту image030 і поступово знижується до нуля наприкінці відпрацювання електроприводом цього кута, тобто коли image032. Для слідкуючих систем із релейним керуванням у якості виконавчого двигуна можна застосовувати нерегульований двигун. Наприклад, трифазний асинхронний двигун з короткозамкненим ротором або конденсаторний двигун, що за своїми техніко-економічними показниками кращі за виконавчі регульовані двигуни. Для слідкуючих систем з аналоговим (неперервним) керуванням застосування виконавчих керованих двигунів обов’язкове. Аналоговий слідкуючий електропривід забезпечує більш високу точність відтворення заданого параметра.

image034

Рис.3.3.16. Порівняльні пристрої слідкуючого електроприводу.

У якості порівняльних пристроїв у слідкуючих елекгроприводах, як правило, застосовують сельсинний або потенціометричний пристрої. Сельсинний порівнювальний пристрій складається з двох сельсинів, сполучених за трансформаторною схемою (рис.3.3.16, а): сельсин-давач СД, що виконує функцію задаючого пристрою ЗП, і сельсин-приймач СП, що виконує функції вимірювального ВП і порівнювального пристроїв. Ротор сельсина-давача зміщений щодо ротора сельсина-приймача на кут 90°, так що напруга на виході обмотки збудження сельсина-приймача ОЗП являє собою напругу розбіжності

image036, (3.3.2)

де Еmax — діюче значення ЕРС, наведеної в обмотці збудження приймача ОЗП при положенні ротора приймача, коли вісь фази А обмотки синхронізації збігається з віссю обмотки збудження ОЗП.

Потенціометричний порівнювальний пристрій (рис.3.3.16, б) складається з двох потенціометрів, з’єднаних за мостовою схемою. Повзунок потенціометра давача ПД кінематично зв’язаний із задаючим пристроєм ЗП, а повзунок потенціометра-приймача ПП -з регулюючим органом РО. При узгодженому положенні задаючого пристрою і регулюючого органу міст зрівноважений і напруга на його виході, image038. При переміщенні повзунка ПД на деякий кут image040 рівновага моста порушується і на його виході з’являється напруга розбіжності Uimage042. Під дією цієї напруги виконавчий двигун приводиться в обертання і переміщує регулюючий орган РО і разом із ним повзунок ПП до тих пір, поки напруга розбіжності не зменшиться до значення image044U

Сельсинний і потенціометричний порівнюючі пристрої поєднують у собі ще і функції давача, що перетворює кут повороту задаючого пристрою image046 в електричний сигнал Uimage048, і вимірювального пристрою, що перетворює кут повороту регулюючого органу керованого об’єкту image050 в електричний сигнал Uimage051.

Потенціометричний порівнюючий пристрій має нескладну конструкцію і може працювати на змінному або постійному струмі. Проте потенціометричний порівнювальний пристрій має знижену точність і невелику надійність, обумовлені наявністю легкого контакту. Сельсинний порівнювальний пристрій забезпечує високу точність і надійність, особливо при використанні безконтактних сельсинів. Можливо також застосування в слідкуючих системах порівнюючих пристроїв на обертових трансформаторах.

В якості підсилювачів потужності в слідкуючих системах застосовують будь-які види підсилювачів. При невеликій потужності виконавчого двигуна використовують підсилювачі на транзисторах. При значній потужності двигуна підсилення потужності, як правило, ведеться двома каскадами: попереднє підсилення на напівпровідникових підсилювачах і остаточне підсилення на магнітних або електромашинних підсилювачах поперечного поля, що мають великий коефіцієнт підсилення за потужністю. У слідкуючих системах релейної дії (без регулювання частоти обертання виконавчого двигуна), як правило, застосовують тиристорні підсилювачі, що допускають значні струми.

На рис.3.3.17 зображена схема слідкуючого електроприводу аналогової дії з сельсинним порівнювальним пристроєм, електромашиним підсилювачем і виконавчим двигуном постійного струму незалежного збудження. Ротор сельсина-давача СД механічно сполучений з задаючим пристроєм ЗП, а ротор сельсина-приймача СП — із регулюючим органом РО об’єкту керування. Ланцюг обмотки якоря двигуна М включений в робочий ланцюг ЕМП поперечного поля. Обмотки керування ОК1 і ОК2 цього підсилювача приєднані до фазочутливого випрямляча ФВ. Керування випрямлячем здійснюється через трансформатор Тр з нульовим виходом у вторинній обмотці. При повороті вала задаючого пристрою ЗП на кут image052 за годинниковою стрілкою змінюються значення ЕРС ЕА, ЕВ, ЕС в обмотці синхронізації сельсина-давача СД. Це приведе до розбіжності сельсинів СД і СП, у результаті чого на виході ОЗП приймача з’явиться напруга розбіжності Uimage053, що створить струм Іimage055 в первинній обмотці трансформатора Тр. При цьому з’явиться струм керування Ік1 в обмотці ОК1 електромашинного підсилювача і двигун М прийде в обертання. Через редуктор Р це обертання передається на регулюючий орган РО керованого об’єкта і на ротор сельсина-приймача СП. В міру повороту регулюючого органу РО і ротора приймача СП напруга розбіжності зменшується, а при повороті на кут image056image057 напруга розбіжності Uimage059image0610. Така зміна напруги Uimage063 буде супроводжуватися відповідним зменшенням струмів в обмотці керування і у робочому ланцюзі ЕМП, а отже, і зменшенням струму в обмотці якоря двигуна. При цьому частота обертання якоря буде поступово зменшуватися, а при Uimage064image0650 обертання якоря припиниться.

image067

Рис.3.3.17. Схема слідкуючого електроприводу аналогової дії.

При повороті ротора СД на кут image069 проти годинникової стрілки напруга розбіжності Uimage070 змінить фазу на 180°. При цьому фазочутливий випрямляч ФВ створить струм Ік2 в обмотці керування ОК2 електромашинного підсилювача. Двигун М повернеться на кут розбіжності в заданому напрямку, тобто проти годинникової стрілки.

Розглянемо принцип роботи слідкуючого електроприводу релейної дії (рис.3.3.18). У якості порівняльного пристрою тут застосовані потенціометри ПД і ПП, включені за мостовою схемою. При повороті задаючого пристрою на кут image071 за годинниковою стрілкою напруга розбіжності Uimage072 визначеної полярності надійде на підсилювач постійного струму ППС, а потім на обмотку поляризованного реле ПР. При цьому реле спрацює і підключить до мережі постійного струму обмотку якоря двигуна М. Двигун почне відпрацьовувати заданий кут повороту, але після повороту регулюючого органа РО на кут image073image075 якір продовжує обертатися і кут повороту регулюючого органа виявиться більшим заданого кута, тобто image077 > image079. У результаті движок потенціометра ПП займе положення, при якому полярність напруги розбіжності Uimage080 зміниться, що викликає переключення контактів реле ПР. У результаті відбудеться реверсування двигуна. Таким чином, рухливий контакт поляризованного реле буде безперервно переключатися, підключаючи обмотку якоря двигуна то до затискача “плюс”, то до затискача “мінус”. При цьому регулюючий орган буде виконувати коливальний рух біля свого середнього значення, що відповідає повному узгодженню системи.

image082

Рис.3.3.18. Схема слідкуючого електроприводу релейної дії.

Для того, щоб переключення контактів реле ПР викликало реверсування двигуна М, його підключають до мережі постійного струму через нульову точку 0, одержану за допомогою двох однакових резисторів опором r0.

Можна застосовувати поляризованне реле з трьома стійкими становищами, тобто з трьома нерухомими й одним рухомим контактами. При цьому середній нерухомий контакт буде відповідати відключенню двигуна від мережі. Проте така релейна слідкуюча система буде мати зону нечутливості, що відповідає становищу рухливого контакту реле на нейтральному контакті. Наявність зони нечутливості в слідкуючому електроприводі призводить до помилки відтворення заданого кута повороту.

Васюра А.С. – книга “Електромашинні елементи та пристрої систем управління і автоматики”

Оставьте комментарий к статье