Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Вход и выход физических процес~, управляющие клапаны 48.уп 4.7.5. Асинхронные и синхронные двигатели Двигатели переменного тока (а.с, тосог), как правило, применяются в тяжели ц эксплуатационных условиях, однако они находят все большее распространение а сг, стемах промьппленного управления, например в качестве сервомоторов. Некоторы 1е преимущества двигателей переменного тока перечислены ниже: — вкономичность; — надежная и простая конструкция; — высокая эксплуатационная надежность; — простое энергопитание; — отсутствие коммутатора; — практическое, отсутствие дуговых явлений (поскольку нет коммутаторов). Отрицательными чертами двигателей переменного тока являются более низхаа момент трогания, чем у двигателей постоянного тока, и более сложные цепи управле ния. Однако преимущества систем привода переменного тока таковы, что они успеле по конкурируют с двигателями постоянного тока в роботах, манипуляторах и пру~их промышленных системах силового привода.
Широкое применение двигателей переменного тока в качестве сервомоторов стз. ло возможным по мере развития силовой электроники в сочетании с новыми методами управления. Применение микроэлектроники обеспечивает вполне приемлеиог управление частотой питающего напряжения. Вращающий момент двигателя целых измерить так же просто, как у двигателей постоянного тока, однако существуют способы его оперативной (ои-йпе) оценки.
Из-за жестких временных требований ддд управления должны использоваться микропроцессоры со специальной архитектурой, обеспечивающей очень высокую скорость вычислений, — цифровые сигиаль ные процессоры (Вгд1га1 5шпа( Ргосеззогз — ВАР). У асинхронного (индукционного) двигателя магнитное поле статора не постоянно, в отличие от двигателя постоянного тока. В простейшей (двухполюсной) машин' имеются три статорные обмотки, расположенные вокруг статора под углом 120" дРУ" относительно друга. Когда по ним подается трехфазное переменное напряжение, Рс зультируюший магнитный поток статора вращается с частотой приложенного нап1" жения. Поскольку к обмотке ротора не подводится никакого внешнего питания (оиз короткозамкнута), то нет необходимости в шеточных коммутирующих устройства~ Вращающееся поле статора пересекает обмотки ротора и индуцирует в пих то ток Результирующий поток ротора взаимодействует с врашаюшимся потоком статора в итя создает вращающий момент в направлении вращения поля статора.
ттот момент есть рабочий момент двигателя. Из-за потерь на трение ротор не может даже на хо~ ода стем ходу достичь так называемой синхронной частоты врашения, т. е. точного з| ., зваиз-з' чсния частоты вращения поля статора. Вращающий момент образуется именно из: разности частот вращения ротора и поля статора, Относительная разность час стат вращения называется скольжением ротора (зйр) гоз ют 5= О), гле озг — частота вращения поля статора (синхронная частота), а ю — частота вравв ' ния ротора. Очевидно, что при з = О врашаюший мо Р веи нулю й момент авен р ор синхронного двигателя движется синхронно с вращающимся магнитным по- Ротор з аваемым обмотками статора (статор синхронного двигателя в принципе такой хь созда у асинхронного). В отличие от асинхронного,обмоткиротора синхронного движе, как У возбуждаются от внешнего источника 1юстояниого тока.
Полюса возпикаюшего , ателя во тного поля ротора занимают фиксированное положение относительно врашаюше~ап~итно поля статора и вращаются вместе с ним; следовательно, скорости вращения поля тося поля ра и ротора идентичны и скольжение равно нулю. Синхронные двигатели часто исстатора и ~~льзуют дуются в тех случаях, когда необходима постоянная скорость вращения при переменной на ной нагрузке.
В сочетании с современными преобразователями частоты синхронные двигатели этели могут работать с переменной скоростью вращения. Большое распространение прио р обретают синхронные двигатели с постоянными магнитами. П!аговые двигатели чожно рассматривать как специальный тип синхронного двигателя. 4.8. Управляющие клапаны Управляющий клапан (сопгго1 иа(ье) состоит из тела клиновидной или цилиндрической формы (иногда называется тарелкой), закрепленного на стержне (штоке), который движется вверх и вниз относительно цилиндрического седла.
Стержень обычно перемещается под давлением сжатого воздуха на поршень или диафрагму с пружиной. Пружина может либо открывать, либо закрывать клапан в зависимости от того, какое положение требуется в случае прекращения подачи сжатого воздуха. Иногда для управления потоком используется электрический или гидравлический привод. Конструкции тела и седла клапана различаются в зависимости от требований к соотношению между производительностью и потерями напора на клапане, типа жидкости и расхода при разных положениях штока. Размер клапана обычно выбирают в соответствии с параметрами трубопровода, в котором он устанавливается. Выбор формы клапана и сочетания размеров седла и 'ела (тарелки) требует опенки следуюших факторов.
' Потери напора (Ртеяаге сбор). Большие потери напора на клапане могут затруднить движение штока. Специальная конструкция клапана заставляет поток двига ься в противоположных направлениях через два запирающих элемента, тем самым уравновешивая силы. Необходимость снижения потерь напора может потребовать приь1енения различных типов клапанов, например типа "бабочка" (Ьиггег()у ьа(гге). ' Максимальный расход (тазттиту)отегаге). Это требование сводится к сочетанию ~~ксимального расчетного расхода с максимальной зоной управления.
Послед""а дол'кна в идеале составлять 30-50 Ж от расчетного расхода. Иногда неопытные специалисты задают эту величину на уровне 10 Ж, что заметно ухудшает Ра о" ие характеристики. ' Уп правляемость (гапдеа611йу). Это отношение расходов при двух различных поло- 'жени виях штока. Оно в основном связано с конструкцией тела и седла и зависимостью о потерь напора от расходных характеристик, которые, в свою очередь, связаны с ха х"Рактеристиками нагнетающего насоса, управляемость должна обеспечивать номи мивальныи диапазон расходов с соответствующими зонами управления (жела~~льне 30-50 Я) по обе стороны диапазона. 'Ч в увствительность (зеиз111п1ту).
Связана с управляемостью и величиной управляюп гдето воздеиствия, необходимого для управления с заданной точностью. Иногда 176 Глава 4. Вход и выход физических проц, есс большой клапан обеспечивает номинальный расход, а малый, установленный раллельно, обеспечивает необходимую чувствительность. Линейность (йттеаг1гу). Желательно, чтобы в контуре управления существовал яяя, нейная зависимость между выходами регулятора и датчика, т, е, в цепочке « ать пан — процесс †датч".Есликонтуруправлениянеобладаетлинейнойзавпс„ сите стью выходных и входных величин, ее можно обеспечить выбором характера Исти, клапана, а иногда и датчика.
Качество управления при отсутствии линейности яь жег оказаться низким, или потребуется реализация специальных способов уп пения. Гистерезис (луятсгезй). Это обычная проблема управляющих клапанов, возни щая из-за процессов сухого трения (ттрилипания) в месте прилегания запорного з, мента клапана к седлу, а также потерь напора на клапане. Как правило, гистеретят является причиной небольших постоянных колебаний в контуре управления, ят, борьбы с которыми можно применять устройства точного позиционирования ктзяа на.
Это специальное устройство управления с большим коэффициентом усилении которое обеспечивает нужное положение штока клапана. В этом случае управляв. щий компьютер не осуществляет точного контроля за открытием клапана, а толькя вырабатывает опорные значения для устройства позиционирования клапана. расход/ максимальный расход 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.3 0.2 0.1 0 20 40 60 80 100 опяпсиь ояшрыятия кяалапть (лоложеяие штока) Рис. 4.34. Характеристики клапанов управляемость клапана можно определить на основании расчета двух расход одоя б иыа равных, например, 15 и 85 % от максимального расхода.
В этом случае необход знать функцию Дх), которая характеризует клапан. Клапаны поставляются со сл леду ющими характеристиками: Ях) = х — линейная, Ях) = тх — соответствующая квадратному корню, Ъ Ях) = А~' — равного процентного отношения (где коне гр постоянная А обычно лежит в пределах от 20 о 50) 177 ючение 49 3з показаны на рис.
4.34. Следует отметить, что идеальный клапан „сямости п 3»п з ного отношения не закрывается полностью. На практике их проекОго процентно ряв~~щ, образом, чтобы получить линейную характеристику при очень малых юттаким о Ра тт~ру следовательно, они закрываются полностью. , и, сле Г рьттиях 4. 9 Заключение физических пропессов измеряются анатюговыми, цифровыми или Всременные фи атчиками. Тип выходного сигнала датчика — аналоговый, бинарный, тттарными датчик пос.тедовательност ость импульсов — должен выбираться в зависимости от приложения правления. Каждый датчик должен удовлетворять разнообразным тре- , характераупра бсвапиям, напримеР: выход до.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
