Электрические регуляторы косвенного действия


СОДЕРЖАНИЕ:

Электрические регуляторы косвенного действия

Автоматические регуляторы непрямого действия без обратных связей ( см. рис. 147 ) не применяют на двигателях внутреннего сго­рания, так как они не могут обеспечить качественной работы. Действительно, малейшее отклонение скоростного режима от рав­новесного вызывает смещение золотника 3 ( рис. 147 ), после чего поршень серводвигателя может перемещаться (вместе с рейкой) в ту или иную сторону без ограничения. Такая работа серводвига­теля может привести к неустойчивости или к появлению незатуха­ющих колебаний угловой скорости вала двигателя, что в эксплуа­тации недопустимо. Чтобы исключить возможность такой работы, в схему регулятора дополнительно включают стабилизирующие элементы в виде обратных связей.

Статические регуляторные характеристики, показанные на рис. 86, имеют место в регуляторах непрямого действия с жест­кими обратными связями. Существуют жесткие связи двух типов: кинематические и силовые.

Схема регулятора непрямого действия с жесткой кинематиче­ской обратной связью представлена на рис. 153. Жесткой обрат­ной связью в механизме этого регулятора является рычаг 11 , свя­зывающий движение муфты 9, золотника 13 и поршня 12 серводви­гателя.

При увеличении угловой скорости вала двигателя муфта 9 перемещается вверх и поворачивает рычаг 11 по часовой стрелке относительно точки А, которая пока остается неподвижной, так как масляные каналы были перекрыты золотником. Поворот ры­чага 11 вызывает смещение золотника 13 вверх, отчего масло под высоким давлением попадает в верхнюю полость цилиндра серво­двигателя. Одновременно с этим нижняя полость соединяется со сливной системой. Поршень 12 серводвигателя и шток 14 (точка А) перемещаются вниз (в сторону выключения подачи топлива), поворачивая рычаг 11 относительно точки С по часовой стрелке. Золотник 13, связанный с рычагом 11 в точке В, перемещается вниз до тех пор, пока не перекроет маслопроводы и не остановит поршень 12 серводвигателя. Если новое положение поршня 12 и, следовательно, рейки топливного насоса соответствует новой нагрузке двигателя, процесс регулирования прекращается. Если этого не происходит, процесс регулирования продолжается до тех пор, пока не наступит равновесия между нагрузкой двигателя и его крутящим моментом.

Регуляторы такого типа имеют статическую характеристику работы. Действительно, каждому нагрузочному режиму двига­теля соответствует своя подача топлива, т. е. свое положение рейки топливного насоса и, следовательно, точки А. Точка В рычага 11, связанная с золотником 13, при любом равновесном ре­жиме занимает одно и то же положение, в связи с чем при различ­ных положениях точки А точка С рычага 11 должна занимать также разные положения, а это при устойчивом регуляторе может быть только при различных скоростных режимах двигателя. Регуляторные характеристики двигателя при этом имеют вид, по­казанный на рис. 85 .

Недостатком только что описанной схемы жесткой обратной связи является невозможность непосредственного соединения муфты регулятора с золотником, что приводит к увеличению габаритных размеров регулятора.

Схема регулятора с жесткой кинематической обратной связью (рис. 154) свободна от указанного недостатка. Обратная связь в таком регуляторе осуществляется за счет передачи движения поршня 14 серводвигателя через рычаг 15 обратной связи на под­вижную буксу 12 золотника 13, который жестко связан непосред­ственно с муфтой 6 чувствительного элемента.

Эффект жесткой обратной связи можно получить воздействием в процессе работы на предварительную деформацию пружины регулятора (рис. 155). При увеличении угловой скорости грузов 10 пружина 9 деформируется, а золотник 13, выполненный за одно целое с муфтой 11, перемещается вверх, вызывая перемещение поршня 14 серводвигателя вниз. Рычаг 7 жесткой обратной связи поворачивается по часовой стрелке, перемещает опору 8 и увели­чивает предварительную деформацию пружины 9. Усилие пос­ледней увеличивается, грузы 10 чувствительного элемента воз­вращаются при новой угловой скорости в прежнее положение, и золотник 13 перекрывает доступ маслу. Процесс регулирования на этом может прекратиться. Такую обратную связь обычно назы­вают жесткой силовой.

В регуляторе с жесткой силовой обратной связью при всех установившихся скорост­ных режимах муфта чувстви­тельного элемента занимает одно и то же положение, по­этому диапазоны перемещения грузов в процессе регулирова­ния здесь меньше, чем в схемах, представленных на рис. 153 и 154, что является определенным преимуществом, способствую­щим сокращению размеров регулятора.

В качестве примера регулятора непрямого действия с ориги­нальной конструкцией жесткой обратной связи рассмотрим регу­лятор фирмы «Нахаб Поляр» (Швеция), (рис. 156, а).

Регулятор имеет механический чувствительный элемент, со­стоящий из грузов 6, пружины 5 и муфты, выполненной за одно целое с буксой 21. Грузы приводятся в движение валиком 19. Шток серводвигателя при изменении подачи топлива двумя жест­кими обратными связями воздействует на чувствительный элемент.

Кинематическая жесткая связь состоит из рычага 1 , связываю­щего перемещения поршня 11 серводвигателя, и золотника 2.

Кроме рассмотренной обратной связи, регулятор оборудован второй, жесткой силовой обратной связью, изменяющей предвари­тельную деформацию пружины 5 в зависимости от положения поршня 11 серводвигателя.

Регуляторные характеристики двигателя, оборудованного та­ким регулятором, показаны на рис. 157.

При сбросе нагрузки с М ном до М В угловая скорость грузов 6 (см. рис. 156) увеличивается, и букса 21 поднимается, соединяя надпоршневую полость серводвигателя со сливом. Поршень 11 под действием пружины 12 поднимается, поворачивая валик 9 в направлении движения часовой стрелки, соответствующем сни­жению подачи топлива. Кинематическая обратная связь рычагом 1 поднимает золотник 2, и перепускное окно буксы 21 перекрыва­ется.

При отсутствии второй (силовой) обратной связи новый ре­жим двигателя установился бы в точке В 1 (рис. 157), однако кулачок 8 (см. рис. 156) силовой обратной связи установлен та­ким образом, что при повороте валика 9 в сторону движения ча­совой стрелки предварительная деформация пружины уменьша­ется. Снижение предварительной деформации пружины перево­дит работу двигателя с регуляторной характеристики 5 (см. рис. 157) на регуляторную характеристику 4, в результате чего новый равновесный режим установится в точке В. При дальней­шем снижении нагрузки (например, до М с ) равновесный режим двигателя установится на регуляторной характеристике 3 при еще меньшей предварительной деформации пружины.

Соединение точек А, В, С, D кривой дает результирующую регуляторную характеристику двигателя, образованную совмест­ным действием жестких обратных связей.

Кулачок 8 (см. рис. 156) имеет такой профиль, что при нагруз­ках, близких к холостому ходу, действие силовой обратной связи уменьшается, а при достижении холостого хода прекращается вообще. В связи с этим регуляторная характеристика двигателя при малых нагрузках получается более пологой, что повышает устойчивость режима работы L (см. рис. 157) при минимальном скоростном режиме.

Значение неравномерности ?? устанавливают выбором поло­жения опоры рычага 1 (см. рис. 156). Всережимность регулятора (выбор характеристик 6, 7, 8 или 9 на рис. 157) осуществляется изменением предварительной деформации пружины регулятора специальным механизмом, допускающим в случае необходимости дистанционное управление.

Функциональные схемы автоматических регуляторов непря­мого действия показаны на рис. 158. Жесткая кинематическая обратная связь (рис. 158, а) изображается стрелкой, указывающей на то, что перемещение золотника х при наличии жесткой кинема­тической обратной связи определяется не только перемещением z муфты, но и перемещением у поршня серводвигателя. Жесткая силовая обратная связь (рис. 158, б ) создает воздействие перемещения у поршня серводвигателя непосредственно на настройку ? р чувствительного элемента. Результирующий эффект введения жестких обратных связей обоих типов один и тот же — создается определенный статизм регуляторной характеристики.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ

ДЛЯ ЧЕГО НУЖНЫ РЕГУЛЯТОРЫ?

Не исключена возможность, что в процессе работы по каким-либо причинам нагрузка на дизель упадет сразу до нуля. В этом случае, если не иметь специальных устройств, произойдет авария: частота вращения коленчатого вала дизеля, в цилиндры которого продолжает поступать топливо в прежнем количестве, может превысить допустимое значение. В результате значительно увеличатся центробежные силы вращающихся деталей, силы инерции возвратно-поступательных масс и двигатель может разрушиться.
Ясно, что машинист физически не успеет проследить за таким быстрым изменением нагрузки, В этом исключительном случае надо человека заменить автоматом, что и предусмотрено. Регулятор безопасности (предельный регулятор) дизелей 10Д100 и 2Д100 при увеличении частоты вращения коленчатого вала выше установленной, т. е. при 940—980 об/мин, воздействует на рычаг выключения подачи топлива, который переводит рейки топливных насосов в положение нулевой подачи. На дизелях 11Д45А выключается подача топлива при 840—870 об/мин, на 2Д70 — при 1080—1120 об/мин, а на 5Д49 — при 1150—1200 об/мин. Предельный регулятор дизелей Д50, 2Д50М и ПД1М при 840—870 об/мин приводит в действие механизм, который стопорит толкатели топливных насосов, удерживая их в верхнем крайнем положении.
Предельный регулятор, как показывает само название, решает только одну задачу — совершенно прекращает доступ топлива в цилиндры дизеля, когда частота вращения коленчатого вала превысит допустимую величину. Чтобы решить другую не менее важную задачу — поддерживать постоянную частоту вращения независимо от изменения нагрузки, кроме регулятора безопасности, на дизелях устанавливают регулятор частоты вращения.
Зададим себе такой вопрос: что является нагрузкой для тепловозного дизеля? Нагрузка дизеля — это мощность, которую от него отбирают передача (электрическая, гидравлическая и т. п.) к движущим колесам тепловоза и вспомогательные агрегаты (поездной компрессор, вентилятор холодильника дизеля и др.).
Время проследования поезда по участку задается графиком движения. Для того чтобы выполнить график, тепловоз должен развивать достаточную мощность, которая зависит от частоты вращения вала дизеля и количества топлива, подаваемого в цилиндры.
Частота вращения вала дизеля устанавливается машинистом тепловоза с помощью специального устройства — контроллера. В зависимости от массы поезда, трудности профиля и заданной скорости движения по участку машинист устанавливает в то или иное положение рукоятку контроллера. В дальнейшем отбор мощности, соответствующей заданной контроллером частоте вращения вала дизеля, должен автоматически обеспечиваться передачей тепловоза.
Однако существующие на тепловозах передачи не могут полностью обеспечивать постоянство нагрузки на дизель. В связи с этим при изменении скорости движения нагрузка меняется. Кроме того, даже при постоянной подаче топлива дизель будет развивать различную мощность, потому что к. п. д. его изменяется в зависимости от условий окружающей среды, температуры масла, воды, качества работы отдельных его узлов (например, топливной аппаратуры) и т. д. В процессе работы отдельные цилиндры могут выключиться из-за, например, заклинивания плунжерной пары топливного насоса и т. п.
Итак, представим себе, что в цилиндры дизеля впрыскивается топливными насосами постоянное количество топлива на каждый рабочий цикл. Тогда с увеличением нагрузки на дизель или снижением развиваемой мощности частота вращения коленчатого вала упадет, а при уменьшении нагрузки или увеличении мощности дизеля возрастет и даже может превзойти установленные пределы, что, как мы знаем, недопустимо.
Таким образом, частота вращения вала дизеля, имеющего постоянную подачу топлива, будет изменяться то в меньшую, то в большую сторону, что в конечном счете нарушает нормальную работу дизеля, снижает его экономичность и повышает износ деталей.
Отсюда вытекает необходимость в устройстве, которое изменяло бы подачу топлива в цилиндры согласованно с изменением нагрузки: при увеличении нагрузки увеличивало бы подачу топлива в цилиндры, а при уменьшении — соответственно уменьшало. Иными словами, нужно устройство, изменяющее мощность дизеля в соответствии с требуемой нагрузкой. Тогда частота вращения вала дизеля будет поддерживаться постоянной в установленных пределах. Эту задачу могут выполнить только автоматические устройства, так как для человека ручное регулирование подачи топлива насосами было бы утомительно и не всегда возможно.
Вот почему на тепловозных дизелях, кроме предельного регулятора, ставится регулятор частоты вращения коленчатого вала, который, реагируя на изменение частоты вращения из-за несоответствия между нагрузкой и мощностью, развиваемой дизелем, перемещает на нужную величину рейки топливных насосов без вмешательства машиниста в строгом соответствии с нагрузкой и, таким образом, поддерживает постоянной заданную частоту вращения коленчатого вала дизеля независимо от нагрузки.
На дизелях 10Д100, 11Д45, Д49, 2Д70 применяются более совершенные регуляторы: они регулируют не только частоту вращения, но и мощность дизеля. Как это достигается, мы узнаем дальше (см. с. 128), а пока рассмотрим принцип действия простейшего центробежного регулятора частоты вращения.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЦЕНТРОБЕЖНОГО РЕГУЛЯТОРА ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

Регулятор называется центробежным потому, что его действие основано на изменении центробежных сил, возникающих при разных значениях частоты вращения его грузов. Как известно, центробежная сила возникает при вращении любого тела (груза). В регуляторе таким вращающимся телом является траверса (диск). Диск (рис. 85) приводится во вращение через зубчатую передачу от коленчатого вала дизеля.

Рис. 85. Схема простейшего центробежного регулятора

К краям диска шарнирно прикреплены два рычага с одинаковыми грузами, по одному на каждом рычаге. Грузы вращаются вместе с диском регулятора вокруг вертикальной оси и шарнирно связаны со скользящей муфтой, которая может свободно перемещаться вверх или вниз. Весь этот узел называется измерителем частоты вращения коленчатого вала дизеля. Это исходный основной орган регулятора.
Возникает вопрос: каково назначение пружины? Пружина регулятора имеет определенную затяжку (силу предварительного сжатия). Эта сила пружины соответствует заданной частоте вращения, т. е. уравновешивается вертикальной составляющей от центробежной силы грузов. Сила затяжки (настройки) пружины задается машинистом в зависимости от профиля пути, необходимой скорости движения поезда и других причин. Если машинисту необходимо увеличить (или уменьшить) частоту вращения вала дизеля, специальный механизм сильнее (или слабее) затянет пружину. О том, как на тепловозах 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В, ТЭП60, ТЭП70, 2ТЭ116 и др. по сигналу машиниста изменяется затяжка пружины, мы узнаем на с. 130. Когда подача топлива в цилиндры соответствует нагрузке дизеля, его коленчатый вал вращается с некоторой постоянной частотой и вся система регулятора находится в равновесии. Рассмотрим, что произойдет, если нагрузка на дизель изменится, например уменьшится. В этом случае частота вращения вала дизеля при той же подаче топлива увеличится, соответственно увеличится и частота вращения диска регулятора, а следовательно, и связанных с ним двух грузов. Грузы регулятора под влиянием центробежных сил расходятся и, преодолевая усилие пружины, поднимаются вверх, увлекая за собой муфту. Положение муфты изменяется всякий раз, когда изменяется частота вращения коленчатого вала дизеля. Иными словами, разной частоте вращения соответствует разное положение муфты регулятора. Именно при переходе муфты в новое положение регулятор выполняет свое назначение, т. е. создает силу, необходимую для перемещения реек топливных насосов. В самом деле, при уменьшении нагрузки на дизель и перемещении муфты рычаг АОВ будет воздействовать на рейки топливных насосов, вызывая поворот плунжера в сторону уменьшения подачи топлива в цилиндры дизеля: частота вращения коленчатого вала начнет уменьшаться. Это будет происходить до тех пор, пока центробежная сила грузов не уравновесится силой пружины регулятора. Благодаря такому устройству регулятора частота вращения вала дизеля при уменьшении нагрузки устанавливается всегда примерно постоянной. Наоборот, при увеличении нагрузки частота вращения коленчатого вала дизеля уменьшится, грузы регулятора сблизятся, муфта несколько опустится и рычаг АОВ, переставляя рейки топливных насосов, заставит их увеличивать подачу топлива в цилиндры до тех пор, пока снова не восстановится нарушенное равновесие.
Такой простой по устройству регулятор называется центробежным регулятором прямого действия, так как он прямо (непосредственно) воздействует на рейки топливных насосов, т, е. его рычаг жестко связан с рейкой. Основной недостаток такого регулятора состоит в том, что для мощных дизелей (в 736 кВт и более) требуется большое усилие для перемещения (перестановки) реек топливных насосов. Большая сила необходима из-за того, что масса деталей, которые нужно перемещать в процессе регулирования, достигает нескольких килограммов. Кроме того, в местах сочленения рычагов, соединяющих регулятор с топливными насосами, возникают силы сопротивления от трения деталей. Поэтому приходится создавать большую центробежную силу, а для этого необходимо значительно увеличивать размеры грузов. Это делает регулятор громоздким, уменьшает его чувствительность и, как следствие, ухудшает процесс регулирования. Такие регуляторы на тепловозах не применяются.
Чтобы избежать увеличения размеров регулятора, приходится усложнять его конструкцию.

ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ РЕГУЛЯТОР НЕПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

Как увеличить перестановочную силу нашего регулятора, сохранив прежние размеры его грузов? Чтобы сделать регулятор «сильным», пользуются услугами особого вспомогательного устройства — сервомотора ( Слово «сервомотор» происходит от латинского слова servus, что значит раб, слуга, и motor — приводящий в движение) (серводвигателя), играющего роль усилителя. Серводвигатель представляет собой цилиндр с силовым поршнем (рис. 86), шток которого соединен с рейками топливных насосов.

Рис. 86. Схема регулятора с серводвигателем

Рейка передвигается непосредственно серводвигателем, а не муфтой регулятора, как это было у регулятора прямого действия (см. рис. 85). Какая сила заставляет поршень серводвигателя передвигаться в цилиндре? Это давление масла на поршень. Сила, действующая на поршень, пропорциональна давлению масла. Например, в регуляторе дизеля 10Д100 давление масла составляет 0,58—0,68 МПа (6—7 кгс/см2). Для нагнетания масла используется шестеренный насос регулятора. Итак, несколько усложнив регулятор, можно добиться увеличения перестановочной силы при тех же размерах грузов. Но ведь это еще не все. Нужно сделать так, чтобы движение силового поршня было управляемо. Как видно из рис. 86, задача эта решается с помощью легкого золотника, на перемещение которого нужна очень небольшая сила. Золотник полностью уравновешен, и, чтобы вывести его из среднего положения, необходима сила не больше той, которую могут создать относительно маленькие центробежные грузы регулятора. Поэтому золотник соединяют с муфтой регулятора. Таким образом, если раньше муфта регулятора приводила в движение рейки топливных насосов, то теперь она непосредственно приводит в движение только небольшой золотник, который управляет силовым поршнем серводвигателя.
Золотник может свободно перемещаться в камере, к которой подводится масло под давлением. Камера золотника сообщена через окна с цилиндром серводвигателя. На рис. 86 схематично показано положение, при котором окна в камере закрыты золотником и масло пройти в цилиндр серводвигателя не может. Это значит, что количество топлива, поступающее в цилиндры дизеля, соответствует его нагрузке. Золотник находится при этом в среднем положении (положение перекрыши). Но стоит нарушиться соответствию между требуемой нагрузкой и мощностью, развиваемой дизелем, как положение муфты регулятора изменится. Тогда, как понятно из рис. 86, муфта переместится, легкий золотник, связанный с муфтой двуплечим рычагом, тоже переместится, отклоняясь от среднего положения. Перемещаясь, золотник откроет доступ маслу в одну из полостей цилиндра серводвигателя. Передвигаясь, например, вниз муфта потянет за собой золотник, который будет открывать верхнее окно, открывая, таким образом, доступ масла в полость над поршнем серводвигателя, и в то же время он будет открывать нижнее окно, выпуская масло из нижней полости на слив. Передвигаясь вверх, золотник, наоборот, будет открывать доступ масла в нижнюю полость и выпускать его из верхней полости.
В результате силовой поршень, управляемый золотником, будет перемещаться вниз или вверх.
Регулятор, снабженный серводвигателем, называется регулятором непрямого действия, так как силу для перемещения реек топливного насоса создают не сами центробежные грузы регулятора, а серводвигатель. Казалось бы, теперь уже регулятор отвечает требованиям регулирования дизеля. Однако возникает новая трудность. Переставив рейку топливного насоса в положение, соответствующее новой нагрузке, силовой поршень серводвигателя должен остановиться, а для этого золотник должен вернуться в первоначальное, среднее положение и перекрыть окна золотниковой втулки (камеры). Но для того, чтобы золотник занял среднее положение, точка В рычага регулятора после окончания процесса регулирования должна находиться всегда в одном положении.
Однако при схеме, приведенной на рис. 86, указанные требования выполнить невозможно. В самом деле, при увеличении нагрузки частота вращения диска уменьшится, грузы регулятора сойдутся и золотник переместится вниз. Масло будет поступать в верхнюю полость серводвигателя, а его шток пойдет вниз, увеличивая подачу топлива.
Частота вращения вала дизеля будет возрастать. Так как золотник по-прежнему открывает верхнее окно, поршень серводвигателя продолжает перемещаться вниз до нижнего крайнего положения.
При этом подача топлива превысит необходимую, частота вращения вала дизеля возрастет и грузы регулятора разойдутся.
Золотник откроет доступ масла в нижнюю полость серводвигателя, и поршень его переместится в верхнее крайнее положение.
Частота вращения вала резко упадет, что вызовет новое перемещение золотника вниз.
Мы видим, что золотник, так же как и поршень серводвигателя, совершает непрерывное движение вверх и вниз. Частота вращения вала также меняется от верхнего до нижнего предела. В этом случае говорят, что процесс регулирования неустойчив, т. е. имеет место колебание частоты вращения (числа оборотов).
Остановить колебания, а следовательно, и колебательные перемещения поршня серводвигателя и золотника нечем. Между тем это крайне необходимо. Как же затормозить колебания золотника, когда силовой поршень сервомотора займет новое нужное положение и подача дизельного топлива будет соответствовать изменившейся нагрузке?
Для этого нужно точку В (см. рис. 86) каким-либо способом возвратить во вполне определенное положение, при котором золотник снова займет среднее положение.

Каждый электрик должен знать:  Принцип работы саморегулирующегося греющего кабеля

ПОНЯТИЕ О ЖЕСТКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

В рассмотренной нами схеме регулятора непрямого действия (см. рис. 86) точка качания А рычага АВ неподвижна и поэтому движение золотника не связано с движением силового поршня серводвигателя. А что, если левый конец рычага АОВ (рис. 87) соединить со штоком поршня серводвигателя тягой АС, т. е. сделать так, чтобы точка А стала подвижной?

Рис. 87. Схема регулятора с жесткой обратной связью

В этом случае при перемещении муфты регулятора, например, вверх точка А в начальный момент будет оставаться неподвижной потому, что поршень серводвигателя имеет сравнительно большое сопротивление движению; золотник переместится вверх и при этом откроет вход маслу в пространство под силовой поршень серводвигателя и выход масла из пространства над поршнем. Как только поршень начнет подниматься, то вместе с ним начнет подниматься и левый конец рычага АОВ (точка А), поэтому правый конец рычага (точка В), поворачивающийся около точки О муфты регулятора, станет опускаться и заставит опуститься золотник. При этом золотник будет постепенно возвращаться в среднее положение, закрывая доступ масла в пространство под поршнем. Движение поршня прекратится как раз в тот момент, когда насосы увеличат подачу топлива на величину, соответствующую увеличению нагрузки.
Таким образом, соединение левого конца рычага АОВ с поршнем серводвигателя позволяет возвращать точку В в определенное положение, при котором золотник приходит в среднее положение. Иными словами, движение силового поршня, начатое по «приказу» золотника, передается теперь (с помощью рычага АОВ) обратно золотнику: серводвигатель переставляет золотник в среднее положение, после того как выполнит «приказ» золотника. Следовательно, наряду с прямой связью золотника с поршнем имеется обратная связь поршня с золотником с помощью рычага АО В, Такое соединение жесткого рычага поршня серводвигателя с золотником через муфты регулятора принято называть жесткой обратной связью, а весь регулятор — регулятором непрямого действия с жесткой обратной связью.
Название жесткой связи принято потому, что рычаг АОВ является жестким, а обратной она называется потому, что силовой поршень с помощью рычага АОВ передает обратное воздействие на золотник. Однако и регулятор с жесткой обратной связью имеет недостаток. Он заключается в том, что при изменении нагрузки частота вращения коленчатого вала дизеля не остается равной прежней, а все-таки несколько изменяется, в то время как она должна быть постоянной. Почему это происходит?
Взгляните на рис. 87. Пусть нагрузка увеличилась. Тогда грузы регулятора опустятся, точка В опустится, золотник передвинется и откроет окна, подача топлива увеличится: мощность дизеля придет в соответствие с новой нагрузкой. Это так. Но коленчатый вал дизеля не сохранит ту частоту вращения, которую он имел до начала нового режима (до начала увеличения нагрузки). Почему? Потому что система регулирования придет в равновесие (успокоится) только тогда, когда точка В вернется в начальное положение, т. е. когда золотник вернется в среднее положение и перекроет окна. Следовательно, в описанной схеме регулирования точка В всегда приходит в начальное положение; положение же точек О и А меняется.
При увеличении подачи топлива поршень займет положение ближе к нижнему крайнему и переместит за собой вниз муфту О. А это положение муфты, а значит, и грузов соответствует меньшей частоте вращения вала. Поэтому в регуляторах с жесткой обратной связью всегда наблюдается небольшая «просадка» (уменьшение) частоты вращения по мере увеличения нагрузки на дизель. Если превратить жесткую обратную связь в упругую (гибкую), то от этого недостатка можно избавиться. Как это сделать?

УПРУГАЯ (ГИБКАЯ) ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ В РЕГУЛЯТОРЕ НЕПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ. ИЗОДРОМНЫЙ РЕГУЛЯТОР

Между точкой А и серводвигателем разместим небольшой цилиндрик с поршеньком (рис, 88). Как видно, в поршеньке сделаны маленькие калиброванные отверстия, сообщающие противоположные полости цилиндрика. В обеих полостях находится масло.

Рис. 88. Схема регулятора с гибкой обратной связью

Цилиндрик присоединен к поршню серводвигателя, а поршенек цилиндрика — к рычагу АО В жесткой обратной связи. Но не только этим отличается схема рис. 88 от схемы рис. 87. Мы видим еще пружину, прикрепленную к рычагу АОВ. Это пружина-компенсатор ( Компенсатор — от латинского слова compenso, что значит уравновешиваю, возмещаю) .
Что же нового вносит это устройство в работу регулятора? А то, что жесткая обратная связь превращается в упругую (гибкую). До начала перемещения силового поршня в серводвигателе и в первый момент этого перемещения работа регулятора подобна работе регулятора с жесткой обратной связью, так как поршенек и его цилиндрик движутся совместно. Это объясняется тем, что перетекание масла из одной полости в другую происходит с большим трудом и очень медленно из-за значительных сопротивлений в маленьких отверстиях поршенька. Поэтому золотник после впуска масла в одну из полостей серводвигателя возвращается в среднее положение, останавливая движение поршня серводвигателя, как описано выше. Немного ранее того момента, как золотник возвратится в среднее положение, масло в цилиндрике под влиянием пружины-компенсатора, действующей на поршенек, преодолевая сопротивление в цилиндрике, начинает переходить из одной полости в другую, и поршенек перемещается. Перемещение поршенька вызывает перемещение муфты регулятора (точка О), которая возвращается в свое первоначальное положение. Благодаря этому при новой нагрузке грузы регулятора также займут снова первоначальное положение, при котором равновесие наступит в тот момент, когда частота вращения вала станет прежней.
Таким образом, при наличии гибкой обратной связи удается сохранить постоянной частоту вращения вала дизеля при разных нагрузках. В технической литературе поршенек с цилиндриком и компенсирующей пружиной, превращающей жесткую обратную связь в гибкую, называется изодромом ( Слово «изодром» происходит от сочетания двух греческих слов: isos — равный и dromos — скорость (бег) , а сам регулятор — изодромным.
На тепловозных дизелях устанавливаются в основном изодромные регуляторы непрямого действия с обратной связью. Изодромный регулятор частоты вращения дизеля 2Д100 представлен в разрезе на рис. 89.

Рис. 89. Всережимный регулятор частоты вращения дизеля 2Д100

Чувствительный элемент этого регулятора, как и обычно, состоит из двух грузов. Грузы выполнены в виде гаек, навернутых на L-образные рычаги. Грузы на шариковых подшипниках установлены в специальном корпусе, напрессованном на буксу. Букса представляет собой втулку с кольцевыми каналами и радиальными отверстиями для прохода масла. Букса, а следовательно, и грузы получают вращение через зубчатую передачу от коленчатого вала дизеля. Грузы воздействуют на золотник, имеющий три пояска, средний из которых является рабочим. Центробежные силы, возникающие при вращении грузов, уравновешиваются конической пружиной, которая называется всережимной. Средний поясок золотника управляет доступом масла под силовой поршень серводвигателя, который связан с рейками топливных насосов. Масло поступает сюда по внутренним каналам в корпусе от масляного насоса самого регулятора. При увеличении нагрузки на дизель частота вращения коленчатого вала и грузов регулятора в первый момент снижается, грузы несколько сходятся и золотник опускается вниз. Открывается доступ масла от насоса под силовой поршень регулятора. Поршень поднимается вверх, воздействует на топливный насос, который увеличивает подачу топлива до величины, обеспечивающей заданную частоту вращения коленчатого вала. При уменьшении нагрузки на дизель в первый момент частота вращения коленчатого вала и грузов несколько увеличивается, грузы расходятся, поднимают своими рычагами золотник. Средний поясок золотника, поднявшись, открывает выход масла из-под силового поршня в масляную ванну регулятора. Масло начинает уходить из-под силового поршня, а поршень опускается вниз, при этом топливные насосы уменьшают подачу топлива в цилиндры дизеля и частота вращения коленчатого вала приводится в норму.
Роль изодрома в этом регуляторе выполняют: компенсирующий поршень (который насажен на шток силового поршня серводвигателя), поршень золотниковой втулки, пружина-компенсатор, игольчатый клапан, частично закрывающий проход масла из канала, соединяющего указанные поршни с масляной ванной регулятора. Масло из-под силового поршня серводвигателя может выходить еще через один канал, который при нормальной работе дизеля плотно закрыт клапаном. Клапан удерживается блокировочным электромагнитом. Для остановки дизеля достаточно разомкнуть цепь питания катушки электромагнита. Тогда клапан, больше ничем не удерживаемый, открывается давлением масла. Масло уходит, силовой поршень быстро опускается вниз, передвигая рейки насосов в положение нулевой подачи.
Этот регулятор дизеля тепловоза является всережимным (а вернее, многорежимным). Это значит, что он может поддерживать постоянными разные скоростные режимы дизеля по воле машиниста. Для этой цели служит управляемый машинистом (посредством рукоятки контроллера) электропневматический механизм
(рис. 90) управления всережимной пружиной регулятора, состоящий из четырех электропневматических вентилей, которые открываются с помощью электромагнитов. Электропневматические вентили расположены против четырех колодцев с поршнями.

Рис. 90. Механизм управленияч регулятора дизеля 2Д100

При открытии каждого вентиля сжатый воздух поступает под поршень, который поднимает соответствующий рычаг, связанный с тягой регулятора. Тяга поворачивает зубчатый сектор и увеличивает затяжку
всережимной пружины. Электропневматические вентили включаются в определенной последовательности, благодаря чему обеспечивается 16 различных ступеней затяжки всережимной пружины регулятора и, следовательно, 16 разных скоростных режимов дизеля.
Всем хорош описанный регулятор, но он решает только одну проблему: поддерживает постоянным скоростной режим дизеля, автоматически уменьшая или увеличивая подачу топлива в его цилиндры в соответствии с меняющейся нагрузкой.
Но существует еще и вторая не менее важная проблема: создание такого регулятора, который бы наряду с регулированием подачи топлива в дизель поддерживал нагрузку дизеля на заданном уровне. Дело в том, что колебания температуры обмоток электрических машин и мощности, расходуемой на вспомогательные нужды тепловоза, могут сильно изменить нагрузку дизеля, привести к нарушению нормального режима работы силовой установки, ухудшению рабочего процесса дизеля и понижению скорости движения. Чтобы не допустить этого, на тепловозе ТЭЗ имеется специальное устройство АРМ (автоматическое регулирование мощности).
На дизелях 10Д100, 11Д45, 14Д40, 5Д49, Д70 (тепловозов 2ТЭ10В, ТЭП60, М62, 2ТЭ116 и др.) для этой цели применен объединенный регулятор (регулятор частоты вращения и регулятор нагрузки), смонтированный в один узел.

ОБЪЕДИНЕННЫЙ РЕГУЛЯТОР

Понять сущность работы и необходимость объединенного регулятора помогут нам следующие рассуждения. Предположим, что рейки топливных насосов находятся в положении максимальной подачи топлива в цилиндры дизеля, а нагрузка на дизель по каким-либо причинам увеличилась сверх того, что он может обеспечить при данном положении реек, В этом случае один регулятор частоты вращения бессилен поддерживать скоростной режим дизеля постоянным, так как все резервы увеличения подачи топлива в цилиндры исчерпаны (рейки доведены до упора). В результате из-за чрезмерной нагрузки дизель начинает снижать частоту вращения, коптит, работает неэкономично с недопустимо высокими температурой и давлением в цилиндрах. Возникает вопрос: можно ли в этих условиях не допустить падения частоты вращения вала дизеля и снять перегрузку с дизеля?
Вспомним, что такое реостат. Реостат — это электрический аппарат, предназначенный для регулирования величины тока, проходящего по проводнику (проволоке). Действие реостата основано на изменении длины проволоки. Чем короче проволока, по которой проходит ток /, тем меньше ее сопротивление, а чем он длиннее, тем оно выше. Следовательно, сопротивление увеличится во столько раз, во сколько раз при неизменной величине напряжения уменьшится сила тока (закон Ома). А что, если включить реостат в цепь обмотки возбуждения генератора? Тогда, чтобы увеличить нагрузку на тяговый генератор, а значит, и на дизель, надо передвинуть ползунок реостата в сторону уменьшения сопротивления (см. рис. 91).

Рис.91. Упрощенная схема объединенного регулятора частоты вращения (внизу) и нагрузки (вверху)

И наоборот, чтобы уменьшить нагрузку на генератор, надо передвинуть ползунок реостата в сторону увеличения его сопротивления. Искусственно уменьшая с помощью реостата нагрузку на дизель, можно добиться того, что частота вращения вала дизеля будет поддерживаться постоянной. В этом случае, как мы знаем, дизель будет отдавать мощность, соответствующую заданной для каждого скоростного режима дизеля.
Известно, что вентилятор холодильника тепловоза и тормозной компрессор то включается, то выключается, поэтому мощность дизеля, необходимая на привод этих машин, то высвобождается, то полностью используется. На тепловозе 2ТЭ10В это составляет около 95 — 110 кВт (130 — 150 л. с.) на каждый дизель на 15-й позиции контроллера машиниста.
Допустим, компрессор или вентилятор выключился. Чтобы полнее использовать мощность дизеля, надо переложить эти 95—ПО кВт на плечи другого потребителя — тягового генератора. Тогда мощность дизеля, отдаваемая потребителям, сохранится неизменной и, таким образом, будет использована полностью. «Перекладку» мощности осуществляет мощностная часть объединенного регулятора.
Чтобы понять принцип действия объединенного регулятора, обратимся к рис. 91. В нижней части рисунка представлена схема знакомого нам регулятора частоты вращения, в верхней части — схема регулятора нагрузки. Мы видим, что механизм управления нагрузкой соединяется с помощью жесткого рычага СД с механизмом управления частотой вращения. В регуляторе нагрузки так же, как и в регуляторе частоты, есть серводвигатель регулятора нагрузки (будем его дальше называть верхним). Он используется для изменения сопротивления реостата. Есть и золотник (условимся называть его верхним), который управляет подачей масла через каналы в силовой серводвигатель (золотник регулятора нагрузки).
Если рукоятка контроллера машиниста находится в неизменном положении, а установившийся режим работы дизель-генератора нарушился, например выключился компрессор или вентилятор и началось боксование колесных пар, то произойдет следующее: частота вращения увеличится, грузики (рис. 91) разойдутся, точка В рычага АО В поднимется, нижний золотник переместится вверх и откроет доступ масла под поршень силового серводвигателя — подача топлива уменьшится. Но при этом переместится и верхний золотник, открывая доступ масла в подпоршневое пространство верхнего серводвигателя. Поршень верхнего серводвигателя поднимется и своим штоком передвинет подвижной контакт реостата (увеличит возбуждение тягового генератора). Нагрузка увеличится, а частота вращения вала дизеля уменьшится. Тотчас чувствительный регулятор частоты вращения увеличит подачу топлива и возвратит верхний золотник, управляющий нагрузкой, в первоначальное положение перекрыши, соответствующее установившемуся режиму работы дизель-генератора.
Пользуясь схемой (см. рис. 91) и рассуждая аналогично, нетрудно уяснить, как будет протекать работа объединенного регулятора при возрастании нагрузки (включение вентилятора холодильника и др.). Таким образом, при данной нагрузке и частоте вращения вала подача топлива насосами в цилиндр дизеля не будет изменяться, так как перераспределения нагрузок между тяговым генератором, с одной стороны, и, скажем, компрессором и вентилятором, с другой стороны, дизель не почувствует и благодаря объединенному регулятору вся мощность дизеля будет использоваться для работы тепловоза при разных условиях движения. Однако и этот регулятор можно улучшить.

Каждый электрик должен знать:  Лучшие производители вакуумированных солнечных коллекторов

ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ ЗАТЯЖКИ ПРУЖИНЫ

Совершенствуя свой регулятор, конструкторы Харьковского завода транспортного машиностроения заменили электропневматический механизм более чувствительным и меньшим по размерам электрогидравлическим механизмом, регулирующим затяжку всережимной пружины. Посмотрите на рис. 92. Вы видите: электрическая часть этого механизма состоит из четырех тяговых электромагнитов 1, 2, 3, 4, три из которых находятся против трех углов треугольной пластины; гидравлическая часть механизма имеет золотник управления серводвигателем, который в свою очередь управляет затяжкой пружины.

Рис. 92. Схема электрогидравлического механизма режима затяжки всережимной пружины объединенного регулятора

Машинист в своей кабине переводит рукоятку контроллера с позиции на позицию. В соответствии с этим электромагниты включаются или выключаются в установленной последовательности и различных комбинациях. Якоря включенных электромагнитов нажимают на пластину, и она под их действием изменяет свое положение в пространстве (пластину поэтому называют пространственной). Стоит пластине переместиться вниз на какую-то величину, как золотник управления серводвигателем через тяговый рычажный механизм открывает отверстие в золотниковой втулке, благодаря чему масло поступает по каналу а в надпоршневое пространство серводвигателя: поршень серводвигателя, перемещаясь вниз, сжимает всережимную пружину. Так достигается одно из семи различных положений поршня серводвигателя управления, т. е. одна из семи степеней затяжки всережимной пружины. А как увеличить количество степеней затяжки? С этой целью на помощь первым трем электромагнитам при ходит четвертый электромагнит, воздействующий не на треугольную пластину, а на. золотниковую втулку. Именно на золотниковую втулку, потому что ей самой предоставлена возможность перемещаться относительно золотника управления. Двигаясь вниз (когда четвертый электромагнит включен), втулка открывает имеющееся в ней отверстие, и масло из надпоршневого пространства серводвигателя получает выход в ванну регулятора (на рисунке не показана), при этом затяжка всережимной пружины ослабляется. Таким образом, включение четвертого электромагнита вызывает действие, противоположное действию трех остальных электромагнитов. Этим достигается еще семь ступеней ослабления затяжки всережимной пружины. Так, включение четвертого электромагнита в комбинации с электромагнитами треугольной пластины позволяет удвоить число ступеней затяжки всережимной пружины, т. е. получить 14 ступеней частоты вращения коленчатого вала дизеля.
Вместе с положением холостого хода регулятор обеспечивает 15 ступеней частоты вращения коленчатого вала.
Описанный регулятор с электрогидравлической системой управления (условное обозначение 9Д100) нашел применение на всех тепловозах 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В, ТЭП10, ТЭП60, М62 и др., которые выпускались до 1972 г,
В 1972 г., однако, эти регуляторы были снабжены новыми устройствами. Уже давно было замечено, что упомянутый выше проволочный реостат с непосредственным электрическим контактом, во-первых, произвольно изменяет величину электрического сопротивления в месте контакта ползунка с проволочной намоткой, а значит, искажает регулирование нагрузки и, во-вторых, не позволяет плавно регулировать нагрузку. Для того чтобы обойти эти неприятности, конструкторы решили заменить его «бесконтактным реостатом» — индуктивным датчиком.
Индуктивный датчик представляет собой катушку со стальным якорем (рис. 93).

Рис.93. Схема индуктивного датчика

Если через обмотку такой катушки пропустить переменный ток, то ее сопротивление будет изменяться в зависимости от положения якоря. Чем дальше задвинут якорь в катушку, тем больше ее сопротивление, и наоборот. Это свойство катушки используется для дополнительного регулирования мощности тепловозных дизель-генераторов. Обмотка катушки индуктивного датчика, питаемая переменным током, подключена посредством выпрямительного устройства (моста) в схему возбуждения генератора. Выпрямительный мост преобразовывает (выпрямляет) переменный ток в постоянный, необходимый для работы системы возбуждения тягового генератора.
Якорь индуктивного датчика соединен с серводвигателем регулятора нагрузки и изменяет свое положение при его перемещениях.
Применение бесконтактного индуктивного датчика позволило значительно повысить надежность регулятора и точность регулирования. Новый объединенный регулятор получил обозначение типа 10Д100 (в отличие от типа 9Д100). Регулятор типа 10Д100 имеет еще одно преимущество. Он снабжен дополнительным пятым электромагнитом, который устанавливает индуктивный датчик в положение минимального возбуждения. Это необходимо, например, при боксовании тепловоза.

Регуляторы косвенного действия

страница 19/26
Дата 14.02.2020
Размер 1.97 Mb.
Название файла Razdel_1.docx


5 Регуляторы косвенного действия

В регуляторах косвенного действия измерительный элемент воздействует на регулирующий орган не непосредственно, а через отрицательные усиливающие элементы, питаемые добавочным источником энергии.

В электрических и электронных регуляторах для управления исполнительным механизмом используется электрическая энергия (рис. 1.40).

Рис. 1.40. Электрический регулятор уровня

1 – бак (регулируемый объект); 2 – поплавок (измерительный элемент);

3 – потенциометр (преобразующий элемент); 4 – электродвигатель (исполнительный механизм); 5 – заслонка (регулирующий орган);

6 – задатчик.
При автоматизации технологических процессов, связанных с применением регулирующих органов, требующих для приведения их в движение больших усилий, особенно при поступательном движении, целесообразно использовать гидравлические регуляторы и гидравлические исполнительные механизмы (рис. 1.41).

Рис. 1.41. Гидравлический регулятор расхода

1 – мембранный измерительный инструмент; 2 – трубка; 3 – газопровод; 4 – заслонка (РО); 5 – гидроцилиндр (ИМ); 6 – струйная трубка; 7 – пружина (задатчик); 8 – маслонапорная установка.
В пневматических регуляторах взаимодействия между отдельными элементами и воздействие на регулирующий орган осуществляется с помощью сжатого воздуха (рис. 1.42).

Основным элементом пневматических регуляторов является устройство типа сопло – заслонка, в котором механическое перемещение чувствительного преобразуется в сигнал сжатого воздуха.

Рис. 1.42. Пневматический регулятор давления.

1 – фильтр очистки; 2 – редуктор; 3 – манометр; 4 – дроссель постоянного сечения; 5 – сопло; 6 – камера; 7 – заслонка; 8 – штифт; 9 – трубчатая пружина.

Электрические (электронные) автоматические регуляторы

Страницы работы

Содержание работы

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«Электрические (электронные) автоматические регуляторы»

Студент группы 5031/2 Полоротов Ю.В.

Преподаватель: Виколайнен В.Э.

1. Функциональная схема регулятора…………………………………………….……….……. 3

2. Электрический регулятор частоты вращения прямого действия……….…….……………. 5

3. Форсунки с электрическим управлением………………………………………………..……..7

4. Электрический регулятор частоты вращения с электронными блоками управления…..…..8

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА РЕГУЛЯТОРА

К двигателю внутреннего сгорания в современных условиях предъявляются все более повышенные требования по экономичности, приемистости, удобству настройки и обслуживания, составу отработавших газов в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов. Сказанное обусловливает поиск новых путей создания автоматических регуляторов достаточно компактных, обеспечивающих требуемую точность работы и дающих возможность учета всех необходимых входных координат, в числе которых можно назвать изменение частоты вращения, вида (плотности) топлива, давления наддува, давления и температуры окружающей среды с одновременным обеспечением определенных статических и динамических свойств. Комплекс перечисленных (и других) входных координат требует решения задач их учета в целях совершенствования рабочих процессов двигателя.

Анализ конструктивных средств решения этих задач автоматическими регуляторами различных типов показал, что лучшими возможностями в этом отношении обладают электрические САР. Они могут содержать различные электронные блоки (микропроцессоры и мини-ЭВМ), осуществляющие непрерывный синтез информации о состоянии рабочего процесса и внешних условий и вырабатывающие для каждого мгновенного состояния двигателя наиболее целесообразное (а при наличии ЭВМ — и оптимальное) решение, определяющее вид команды на исполнительное устройство, задающее цикловую подачу топлива, а иногда и характер процесса впрыска.

В тех случаях, когда в систему электрического регулятора входят электронные блоки, регуляторы обычно называют электронными.

Раньше других системы электронного управления стали применять для бензиновых двигателей, уже имеющих электрическую энергию, используемую в системе зажигания. Отчасти по этой же причине различные электрические и электронные устройства, предназначенные для автоматизации работы дизелей, сначала стали применять для дизель-генераторов, работающих в стационарных условиях, и только затем для транспортных двигателей.

В настоящее время сложилось два направления развития систем электрического (электронного) регулирования двигателей. Первое из них включает разработки, предназначенные для традиционной топливоподающей аппаратуры с воздействием на рейку топливного насоса высокого давления. В системах второго направления регулирующее воздействие воспринимается непосредственно форсунками электромагнитного типа.

Рисунок 1 Функциональная схема электронного регулятора.

В функциональную схему электрических (электронных) регуляторов (Рисунок 1) входят датчики, предназначенные для замера значений входных координат (ω; Т; р; N и др.) и выработки соответствующих электрических сигналов (Vω; VT; Vp; VN и др.). Значения отдельных параметров на заданном равновесном режиме устанавливаются соответствующими задатчиками.

Сигналы датчиков в электрических регуляторах непосредственно или после усиления воспринимаются исполнительным элементом, преобразующим электрические сигналы в механические в виде перемещения якоря электромагнита и связанной с ним рейки топливного насоса или иглы форсунки.

В электронных регуляторах сигналы датчиков поступают в электронный блок, в котором синтезируются по соответствующей программе, в результате чего вырабатывается управляющий сигнал, воспринимаемый исполнительным устройством регулятора.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

Составными элементами электрического регулятора частоты вращения прямого действия (Рисунок 2) могут быть датчик 6 регулируемого параметра (например, тахогенератор постоянного тока) и исполнительное устройство в виде электромагнита 4.

Рисунок 2 Схема электрического регулятора прямого действия.

где: 1 – задатчик; 2 – пружина; 3 – ползунок; 4 – электромагнит; 5 – рейка; 6 – датчик частоты вращения.

Возбуждение тахогенератора постоянного тока осуществляется либо постоянными магнитами, либо с помощью обмоток, получающих питание от источника постоянного тока. Входной координатой тахогенератора является изменение угловой скорости Δωр ротора, а выходной – изменение напряжений Δи на клеммах. В электрических машинах постоянного тока электродвижущая сила Еэ непосредственно связана с угловой скоростью ротора так, что

Регуляторы непрерывного действия

Структура и классификация регулирующих устройств (РУ)

РЕГУЛИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

РУ (регуляторы) вырабатывают управляющие воздействия для автоматического поддержания регулируемой величины объекта на заданном значении или для изменения её по определённой программе.

Рис 31 – Типовая схема регулятора непрямого действия (с источником энергии)

ЧЭ – чувствительный элемент, ИП – измерительный преобразователь, УС – усилитель преобразователь сигнала отклонения, ЭС – элемент сравнения, ФЗР – формирователь закона регулирования, УМ – усилитель мощности, Х – регулируемый параметр, ХЗ – заданное значение регулируемого параметра, ε – отклонение регулируемого параметра от заданного значения, ХД – сигнал датчика.

Входным элементом регулятора является элемент сравнения ЭС (сумматор), который сравнивает ХД и ХЗ, определяя знак и величину рассогласования ε = ХЗ – ХД. ε усиливается по уровню УС. ФЗР осуществляет функциональные (статические, динамические, логические и др.) преобразования сигнала рассогласования в соответствии с требуемым законом регулирования. Выходной сигнал с ФЗР усиливается по мощности УМ за счет источника энергии. Выходной сигнал YР поступает в исполнительное устройство системы регулирования, которое изменяет поток энергии или вещества, подводимый к объекту, регулируя параметр объекта Х, измеряемый датчиком (состоит из ЧЭ и ИП).

РУ в общем случае включает в себя собственно регулятор и блок оперативного управления, в который входят переключатели режима управления и закона регулирования, устройства сигнализации, диагностики и отображения информации. БОУ позволяет оператору контролировать ход регулируемого процесса и управлять режимами работы.

Классификация РУ:

1) По архитектуре – компактные и распределённые РУ. В компактных РУ блоки регулирования и оперативного управления выполняются в виде единого прибора, а в распределённых РУ – в виде отдельных конструктивно законченных блоков. Первые применяются в децентрализованных системах, вторые – целесообразно использовать в системах с централизацией процессов контроля и управления.

2) По конструктивному исполнению – приборные (для щитового монтажа), шкафные (для монтажа в шкафу) и контейнерные (для настенного монтажа).

3) По обеспечению взрывозащиты – РУ могут иметь искробезопасное исполнение (для применения во взрывоопасных средах – химическое производство, угледобыча и др.) и нормальное исполнение для общепромышленного применения.

4) По виду и уровню входного сигнала – РУ с естественным входным сигналом, получаемым от ИП, и РУ с унифицированным входным сигналом, (0 – 5 мА) получаемым от нормирующего преобразователя или датчика с унифицированным выходом.

5) По роду используемой энергии – электрические, пневматические, гидравлические, комбинированные (электрогидравлические). Электрические и гидравлические получили наибольшее распространение.

6) По характеру изменения выходного сигнала – РУ непрерывного действия (аналоговые) и прерывистого действия (дискретные). К последним относят позиционные, импульсные, релейно-импульсные и цифровые регуляторы.

Позиционные регуляторы формируют выходной сигнал, принимающий значения ±1 или 0. Их применяют для регулирования параметров объектов, обладающих большой ёмкостью и малым запаздыванием (регулирование температуры тепловых объектов).


Импульсные регуляторы целесообразно использовать для регулирования медленно протекающих процессов в объектах, обладающих большой инерционностью и значительным запаздыванием. Их выходной сигнал представляет собой последовательность импульсов постоянной частоты с изменяемой длительностью.

В аналоговых регуляторах выходной сигнал является непрерывной функцией рассогласования.

В цифровых регуляторах выходной сигнал представлен числом (кодом), меняющимся в зависимости от величины и знака рассогласования.

7) По типу закона регулирования – нелинейные и линейные. Последние бывают П, ПИ, ПИД, ПД.

Современные аналоговые промышленные регуляторы строятся таким образом, чтобы обеспечить независимую настройку параметров ПИД – закона регулирования.

где КП – коэффициент пропорциональности,

ТД, Тψ, ТU – постоянные времени дифференцирования, фильтрации (демпфирования), интегрирования.

Полагая ТU = ∞ и ТД = 0 – П – закон. ТД = 0 — ПИ – закон.

Читайте также:

  1. Антациды местного действия.
  2. Антигистаминные средства непрямого действия.
  3. Биоэтика и экоэтика: грани взаимодействия.
  4. ВНУТРЕННИЕ И ВНЕШНИЕ ПЕРЕМЕННЫЕ ОРГАНИЗАЦИИ. СРЕДА ПРЯМОГО И КОСВЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.
  5. Воля. Структура волевого действия. Волевые качества личности
  6. ДИСКРЕТНЫЙ КАНАЛ НЕПРЕРЫВНОГО ВРЕМЕНИ
  7. Импульсные регуляторы.
  8. Ингибиторы и регуляторы полимеризации
  9. Иные лица, имеющие право совершать нотариальные действия.
  10. Классификация и структура ионных каналов цитоплазматическо мембраны. Механизмы возникновения мембранного потенциала и потенциалов действия.
| следующая страница ==>
Особенности применения пирометров | Позиционные регуляторы

Дата добавления: 2014-03-11 ; просмотров: 421 ; Нарушение авторских прав

Автоматические промышленные регуляторы

Классификация регуляторных поцессов:

  1. по энергетическим преимуществам
    • электрические
    • пневматические
    • гидравлические
  2. по преимуществу ферм. сигнала:
    • аналоговые
    • позиционные импульсные
    • цифровые
  3. по способу комплектации
    • приборного типа (все элементы САР объединенном в едином корпусе)
    • агрилатного типа (регулятор собирающийся из отдельных блоков, каждый из которых выполняет свою функцию)
  4. по энергозависимости
    • прямого действия – работают на энергии среды, которая регулируется без дополнительного источника.
    • непрямого действия – работает на косвенном источнике энергии

Аналоговые регуляторы — регуляторы, которые формируют управляющий сигнал в виде плавно изменяющегося выходного тока или напряжения по соответствующей функции зависимости, которая называется законом регулирования.

Понятие закона регулирования:

Регулирующий прибор – блок или звено САР, которое является обратной связью, причем отрицательной т.к х = const при у ↑ нужно уменьшать х, и часть у мы вычитаем из х.
Для объекта:
Для рег. прибора: — закон регулирования по
т.к. это операторное исчисление и регулятор выдает Х, которое является частью Х объекта х=х +Yp в зависимости от соотношения X и Y – бывают:
П – пропорциональные регуляторы
И – интегральные регуляторы
ПИ – пропорционально-интегральные регуляторы
ПИД – пропорционально-интегральные дифференциальные регуляторы.

1) пропорциональный регулятор П – статический регулятор – регулятор, который выдает управляющее воздействие пропорционально отклонению Y (принцип Ползунова-Уотта)

«-» наличие ошибки для поддержки управления и соответственно большим количеством устойчивых состояний.
«+» простота конструкции, настройки и математическое описание
Нормированное управляющее воздействие

2) И- регулятор(интегральное звено, астатическое) — при появлении отклонения выдает управляющий сигнал и поддерживает его до тех пор пока отклонение не исчезнет, изменяет Х, оставляя после исчезновения отклонения его настоящую скорость Х пропорционально величине отклонения.

Скорость или угол отклонения графика зависит от , но время действия ограничено т.к регулирующий орган отрывать бесконечно.
Основной параметр настройки или времени интегрирования.
«+» отклонения убираются полностью, точность регулирования.
«-» слишком мощное управление, отсутствие нормирования.

3) ПИ – регулятор – регулятор, который позволяет сначала выдать пропорционально управляющее воздействие, а затем оставшуюся ошибку дорабатывают 4 законом, что позволяет — нормировать сигнал и исключать неточность.

«+» наиболее широкая применимость
«-» иногда не хватает скорости управления

4) ПИД – регулятор – регулятор, который по принципу братьев Сименс измеряет скорость отклонения дифференцирования, выдавая управляющий, тормозящий сигнал, который останавливает отклонение, затем выдает попорционально-управляющий сигнал и убирает ошибку. (форсирующ).

«+» все: нормированность, точность, скорость и тд.
«-» сложность настройки, математического описания и плохая устойчивость во время настройки.

Сравнительная характеристика регуляторов

Выбор соответствующего закона определяется параметрами простоты и дешевизны, необходимыми параметрами качества (см. тема качество САР), поэтому расчет производится путем возможности использования начиная с П – регуляторов.

Позиционные регуляторы

— регуляторы, работающие по принципу включения выкл. и являются самыми простыми регуляторами(произ. П и Аналогов) и миниатюрными.
«+» высокая миниатюрность позволяет их страивать и простота в настройке (настраивается только задание)
«-» зависит от параметров настройки регуляторов (возможны следующие варианты)
1) простое двухпозиционное регулирование

технические характеристики: большинство процессов не симметрично т.е объект настраивается быстрей чем охлаждается и наоборот, поэтому среднее значение не равно заданному.

Существует динамическая ошибка Е:
«-» 1) автоколебательный процесс
2) малая точность управления
3) для повышения точности и получения симметричного процесса относительно у заданного вводят дополнительную настройку либо условную заданную погрешность, либо ввести предварительное отклонение называемое зоной нечувствительности.
Двухпозиционное регулирование с зоной нечувствительности
Данное управление вводит поправку Е из зоны нечувствительности на разных уровнях вкл. и выкл., поэтому процесс становится симметричным, а процесс уменьшается.

Многопозиционное регулирование
Предполагает несколько позиций управления (например: применение нагревателя и холодильника или частичное отключение холодильника)

Импульсные регуляторы

— регуляторы, обеспечивающие выдачу управляющего воздействия в виде периодически повторяющегося дискретного сигнала заданной формы.
Виды и формы импульсов

    Прямоугольные (цифровые) – применяют в вычислительной технике

Пилообразные импульсы (треугольные)

Синусоидальные (колокольнообразные) – выпрямители

Прямоугольно – экспоненциальные (зубчатые) – применяют в качестве ключей для открытия тиристоров.

Прямоугольно – синусоидальные (послетирристорные импульсы) – широтные.

2-х сторонние экспоненциальные (мультивибраторные)

Информационно несущие импульсы
— характеристики, на которые накладывается аналоговый сигнал в виде модуляции.


1) передняя амплитуда
2) задняя амплитуда
3) основная амплитуда
4) широта переднего фронта
5) широта основная
6) задняя широта
7) полная широта
8) пауза
9) основная пауза
10) период
11) скваженность переднего фронта
12) скваженость основная
13) задняя скваженность
14) полная скваженность
15) передняя энергия импульса (площадь)
16) основная энергия имп. (площадь)
17) задняя энергия имп. (площадь)
18) всего имп. (площадь)
19) функция переднего фронта
20) функция основной амплитуды
21) функция заднего фронта
22) начало переднего фронта
23) конец переднего фронта
24) начало заднего фронта
25) конец заднего фронта

данные характеристики являются основными, но если:
1) размножить импульсы по точкам
2) определить скорость в каждой точке
3) вычислить площадь относительно точек
4) рассмотреть вышеуказанные точки на комбинациях импульсов

Вывод: количество информации несущих стремиться к бесконечности.

Регулятор давления косвенного действия

Регулятор давления косвенного действия с гидравлическим приводом комплектуется клапаном РК-1 (рис. 5) и реле давления РД-3а односильфонной сборки (рис. 6). Схема регулятора давления косвенного действия приведена на рис. 7.

Рис. 4. Регулятор давления прямого действия грузовой типа 21ч10нж 1 – корпус; 2 – двухседельный клапан с разгруженными золотниками;; 3 – верхнее седло клапана; 4 – нижнее седло; 5 – сальник; 6 – шток; 7 – рычаг разгрузки; 8 – передвижной груз тонкой настройки; 9 – съемный груз грубой настройки; 10 – мембранная головка регулятора; 11 – мембрана; 12 – импульсная трубка

Регулятор давления косвенного действия «после себя» (рис. 7). Исполнительный механизм – клапан РК-1 (нормально открыт). Управляющий механизм – реле давления РД-3а односильфонная сборка (клапанок нормально открыт). Управляющая среда (вода) из трубопровода, на котором установлен клапан, по трубке 3 подается в камеру А реле давления; через сопло 5 вода перетекает в камеру В; из камеры В подается в камеру С и в мембранную камеру Е клапана РК-1; из камеры С вода по дренажу 9 сливается в канализацию 10. Импульс давления по трубке 11 подается в камеру D реле давления. Расход управляющей среды настраивается подбором диаметра сопла 5 и регулировочным краном 4. Регулируемое давление настраивается натяжением пружины 13 натяжным устройством 14. При повышении давления P2 в трубопроводе повышается давление в камере D. Под действием давления сильфон 12 сжимается; шток с клапанком 7 реле давления опускается; зазор между клапанком 7 и седлом 6 уменьшается; дренирование управляющей среды прекращается (или уменьшается); давление в камере В увеличивается; возросшее давление в камере В по трубке 8 передается в камеру Е клапана РК-1; мембрана 15 клапана РК-1 прогибается; шток с золотником 17 клапана опускается, и зазор между золотником 17 и седлом клапана 16 уменьшается; гидравлическое сопротивление увеличивается, что приводит к увеличению перепада давления DP на регуляторе на величину избыточного давления. Давление P2=P1-DP устанавливается на уровне настройки.

Ду = 50…80мм Ду = 150…250мм
Рис. 5. Регулирующий клапан РК-1 Рис. 6. Односильфонная сборка реле давления РД-3а

Рис. 7. Схема регулятора давления косвенного действия 1 – клапан РК-1; 2 – реле давления РД-3а; 3, 8, 11 – импульсная трубка; 4 – регулировочный кран; 5 – сопло; 6 – седло; 7 – клапанок реле давления; 9 – дренаж; 10 – слив; 12 – сильфон; 13 – пружина; 14 – натяжным устройством; 15 – мембрана клапана РК-1; 16 – седло клапана РК-1; 17 – золотник клапана РК-1; 18 – закладная деталь

Регулятор давления косвенного действия «до себя» (рис. 7). Исполнительный механизм – клапан РК-1 (нормально открыт). Управляющий механизм – реле давления РД-3а (клапанок нормально закрыт). Управление гидравлическое. Реле давления РД-3а – односильфонная сборка. Управляющая среда – вода из трубопровода, на котором установлен клапан. Регулируемое давление настраивается натяжением пружины 13 натяжным устройством 14.

При понижении давления в трубопроводе понижается давление в камере D. Под действием сильфона 12 и пружины 13 шток с клапанком 7 реле давления поднимается; зазор между клапанком 7 и седлом 6 уменьшается; дренирование управляющей среды прекращается (или уменьшается); давление в камере В увеличивается; возросшее давление в камере В по трубке 8 передается в камеру Е клапана РК-1; мембрана 15 клапана РК-1 прогибается; шток с золотником 17 клапана опускается, и зазор между золотником 17 и седлом клапана 16 уменьшается; гидравлическое сопротивление увеличивается, что приводит к увеличению перепада давления на регуляторе на величину избыточного давления DP. Давление P1=P2+DP устанавливается на уровне настройки.

Дата добавления: 2020-05-10 ; просмотров: 613 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Объясните на примерах принципы регулирования по возмущению и по отклонению

1. Принцип регулирования по возмущению — система с разомкнутой цепью.

В данном случае система реагирует на отклонение параметра, которое происходит под действием основного возмущающего воздействия. В качестве примера учащиеся могут рассмотреть принцип действия системы регулирования напряжения генератора, где считают, что основным возмущающим воздействием является изменение частоты вращения генератора.

2. Принцип регулирования по отклонению — система с замкнутым контуром.

При использовании данного принципа регулирования система одинаково реагирует па отклонение параметра, независимо от того, под действием какого возмущения это отклонение произошло. В качестве примера можно рассмотреть принцип работы системы, предназначенной для автоматического поддержания напряжения генератора постоянного тока на заданном уровне.

Управляемый объект и автоматическое управляющее устройство, взаимодействующие между собой, образуют в совокупности систему автоматического управления.

Система автоматического управления подвергается различным воздействиям — внешним и внутренним. Под внешним воздействием понимается воздействие на автоматическую систему управления внешней среды или устройств, не являющихся частью этой системы. Внутреннее воздействие — это воздействие одной части автоматической системы управления на другую. Развитие техники автоматического регулирования привело к созданию разнообразных регуляторов. Эти регуляторы можно различать по характеру регулируемой величины (регуляторы давления, температуры, уровня, соотношения скоростей, напряжения и т. д.), по роду энергии, используемой в регуляторах (электрические, пневматические, гидравлические, электропневматические, электрогидравлические, пневмогидравлические), и по другим свойствам.

Часто название регуляторов отображает особенности его отдельных узлов. «Программными регуляторами» называют регуляторы, задающие устройства которых вырабатывают определенную программу изменения во времени регулируемой величины. «Бесконтактными регуляторами» называют такие регуляторы, в которых отсутствуют электромеханические реле. Под «импульсными регуляторами» или регуляторами дискретного действия понимают регуляторы, которые обеспечивают изменение регулирующего воздействия в определенные моменты времени (в интервалах времени) между этими моментами регулирующее воздействие постоянно.

С точки зрения автоматического управления и регулирования целесообразно классифицировать регуляторы по тому закону регулирования, который они обеспечивают в системе регулирования. Под законом регулирования м = f(x) понимается зависимость между отклонением х регулируемой величины от ее заданного значения и положением регулирующего органа м (регулирующим воздействием).

Пример. Автоматическая система регулирования температуры мазута показана на рис 2. Температура подогретого мазута измеряется медным термометром сопротивления ЧЭ. На усилитель У автоматического управляющего устройства поступают сигналы от термометра сопротивления и задающего устройства 3. В зависимости от отклонения температуры от предписанного значения происходит включение ИМ, управляющего регулирующим паровым клапаном РО в направлении, соответствующем уменьшению отклонения температуры мазута от предписанного (заданного) значения.

В рассмотренном примере регулирования температуры мазута управляющее устройство должно поддерживать управляемую величину объекта (температуру мазута на выходе из подогревателя) на постоянном значении или в достаточно узких допустимых по условиям эксплуатации пределах. Предписанное значение температуры, устанавливаемое задающим устройством, остается постоянным, независимым от нагрузки. Система управления, обеспечивающая поддержание управляемой величины на постоянном значении, называется стабилизирующей автоматической системой управления. Такие системы получили наиболее широкое распространение для управления технологическими процессами на электростанциях.

В ряде случаев возникает необходимость поддерживать управляемую величину в зависимости от какой-либо другой величины, изменяющейся по произвольному закону, например подавать воздух в топку парогенератора пропорционально количеству сжигаемого газа. Такая система называется следящей системой автоматического управления.

Рис. 5 — Схема автоматической системы регулирования температуры мазута

Система автоматического управления, которая должна изменять управляемую величину в соответствии с заранее заданной во времени программой, называется программной системой автоматического управления. Примером может служить программное управление подачей топлива в мартеновскую печь по ходу плавки. В этом случае задание управляющему устройству должно меняться во времени по заданному закону.

Общие сведения о регуляторах

АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ

Автоматический регулятор (Р) – это устройство, воспри-нимающее разность между текущим и заданным значениями регулируемой величины и преобразующее ее в воздействие на исполнительный механизм (ИМ) или регулирующий орган объекта регулирования (ОР), в соответствии с заложенным в регулятор законом регулирования (Рис 9.1).

Автоматический регулятор обычно содержит следующие элементы: задатчик параметра, измерительный преобразователь (датчик параметра), усилитель, исполнительный механизм и регулирующее устройство. Хотя, по составу элементов регуляторы могут отличаться.

Автоматические регуляторы могут быть прямого и непрямого (косвенного) действия.

Рис 9.1 Регулятор в структурной схеме САР: ЗП – задатчик параметра (воздействия x(t)); У – усилитель; ИМ – исполнительный механизм; РУ – регулирующее устройство; ОР – объект регулирования; ИП — измерительный преобразователь; ε(t) -.рассогласование между y и y1(t); u(t) – управляющее воздействие с выхода регулятора; y(t) – регулируемый параметр с выхода САР; y1(t) – сигнал с выхода измерительного преобразователя; f(t) – возмущение.

Регуляторы прямого действия – это устройства, в которых для перемещения регулирующего органа используется энергия регулируемой среды. Например, поплавковый регулятор уровня воды в баке, в котором используется сила выталкивания поплавка для закрытия запорного клапана.

Автоматическим регулятором непрямого (косвенного) действия называют такой, в состав которого входят элементы, требующие питания от внешнего источника энергии (усилитель, преобразующий элемент, исполнительный элемент и др.)

Пример: водонапорная башня с насосной установкой, где регулятор поддерживает уровень воды путем измерения уровня, преобразования его в электрический сигнал, усиления этого сигнала и использование его для включения электродвигателя насоса. Все элементы автоматической системы водонапорной башни требуют для своего нормального функционирования подведения электрической энергии.

Машиностроение и механика

АСУ в металлургии: Основы автоматизации — АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ И ИХ ТИПЫ

Article Index
АСУ в металлургии: Основы автоматизации
Автоматические системы в зависимости от выполняемых функций подразделяют на три вида
Автоматическая система регулирования
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ АГРЕГАТЫ – ОБЪЕКТЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
Статические свойства объекта регулирования
Объект регулирования
АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ И ИХ ТИПЫ
Регуляторы непрерывного действия делятся на следующие типы
Регуляторы релейного действия
Импульсные регуляторы
All Pages

АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ И ИХ ТИПЫ

Структурная схема автоматического регулятора непрямого действия представлена на рис. 3.2. В состав такого регулятора, как правило, входят: первичный (передающий) измерительный преобразователь 1; задающее устройство (задатчик) 2; сумматор 3; измерительный блок 4; регулирующий блок 5; исполнительный механизм 6 и устройство корректирующей обратной связи 7, несколько вариантов включения которого приведены на рисунке.

Рисунок 3.2 – Структурная схема автоматического регулятора непрямого действия

В соответствии с классификацией автоматических систем регулирования автоматические регуляторы подразделяются на:

а) стабилизирующие, программные, следящие, самонастраивающиеся (экстремальные);

б) реагирующие на отклонения регулируемого параметра или возмущения, а также того и другого;

в) непрерывного действия и дискретного действия (релейные, импульсные);

г) линейные и нелинейные.

Автоматические регуляторы характеризуются значительным разнообразием по назначению, принципу действия, конструктивным особенностям, виду используемой энергии, характеру изменения регулирующего воздействия и т. п. Основные признаки, по которым классифицируются промышленные автоматические регуляторы:

1. По виду регулируемого параметра — регуляторы температуры, давления, разрежения, расхода, уровня, соотношения потоков, состава и содержания вещества и т. и. Необходимо отмети., что современные регуляторы непрямого действия являются универсальными регулирующими устройствами, предназначенными для регулирования различных технологических параметров. При использовании таких регуляторов специфические особенности имеет только первичный измерительный преобразователь, измеряющий регулируемую величину, и вторичный измерительный преобразователь, преобразующий измеренное значение регулируемого параметра в эквивалентное значение унифицированного электрического или пневматического сигнала.

2. По способу действия — регуляторы прямого и непрямого действия

Регуляторы непрямого действия по виду энергии, используемой для создания управляющего воздействия, подразделяются в свою очередь на электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные.

Электрические регуляторы являются основным типом регулирующих устройств, применяемых в черной металлургии. Преимуществами электрических регуляторов являются сравнительная простота реализации сложных схем автоматического регулирования; питание от всегда имеющихся на металлургическом объекте централизованных электрических сетей без специальных источников электроснабжения; большое быстродействие при передаче, переработке и отображений информации, выработке и передаче регулирующих сигналов; практически не ограниченный радиус действия; легкость монтажа и демонтажа; возможность создания систем регулирования без подвижных частей.

Недостатками электрических регуляторов являются невозможность применения во взрывно- и пожароопасных зонах и, как следствие этого, повышенная стоимость дополнительного обеспечения взрыво- и пожаробезопасности серийных регуляторов при необходимости работы по взрыво-и пожароопасных зонах; сравнительная сложность наладки и эксплуатации (особенно электронных регуляторов), требующая высокой квалификации обслуживающего персонала и оснащения эксплуатационных служб дорогостоящими средствами для испытания и наладки регуляторов.

Пневматические регуляторы применяются во взрывоопасных и пожароопасных зонах при небольших расстояниях (до 300 м по трассе передачи пневматического сигнала) от пунктов управления до объекта регулирования.

Преимуществами пневматических регуляторов являются простота всех элементов регуляторов, невысокая стоимость, сравнительная простота в обслуживании и наладке, взрыво-и пожарозащищенность.

Недостатками пневматических регуляторов являются инерционность, ограниченность линий связи (до 300м), нечувствительность к небольшим импульсам из-за сжимаемости воздуха как рабочей среды; жесткие требования к очистке воздуха от пыли, влаги и масла, вследствие чего требуется применение специальных установок очистки воздуха (УОВ) с обязательным резервом; зависимость от колебаний температуры и давления внешней среды.

Гидравлические регуляторы применяются, как правило, при непосредственном размещении элементов регулятора в зоне объекта регулирования.

Преимуществами гидравлических регуляторов являются сравнительная простота и надежность в работе; большие перестановочные условия, развиваемые гидравлическими исполнительными механизмами при их небольших габаритах; высокие чувствительность и быстродействие; плавное регулирование.

Недостатками гидравлических регуляторов являются ограниченная дальность (по горизонтали 150м, по вертикали 50м); зависимость рабочих характеристик от температуры и вязкости рабочей жидкости; необходимость в специальном источнике питания рабочей жидкостью (как правило — маслом); усложненные по сравнению с пневматическими системами командные линии, так как требуются обратные трубопроводы; трудность реализации сложных законов регулирования; возможность загрязнения системы из-за отложений примесей; огнеопасность (если рабочая жидкость — масло); необходимость иметь рабочие и резервные насосы. Из-за перечисленных выше недостатков гидравлические регуляторы в черной металлургии применяются, как правило, лишь в составе комбинированных АСР.

Комбинированные регуляторы применяются, если необходимо использовать отдельные преимущества электро-, пневмо- или гидрорегуляторов.

При этом сопряжение линий электрической связи с пневматическими и гидравлическими линиями осуществляют с помощью специальной преобразующей пневмо- и гидроэлектрической аппаратуры, с одной стороны, и электропневматической и электрогидравлической — с другой. Например, в случае нахождения регулирующего органа во взрывоопасной зоне используют электропневматический принцип регулирования. Датчик и исходные формирующие и задающие устройства регулятора, а также линии связи до объекта регулирования, находящегося во взрывоопасной зоне, выполняются с использованием электрической энергии, а исполнительный механизм и линии связи в пределах взрывоопасной зоны выполняют с использованием энергии сжатого воздуха. Если датчик также находится во взрывоопасной зоне, то он выполнен либо с использованием энергии сжатого воздуха, либо во взрывобезопасном исполнении.

Электрический сигнал от регулятора на границе взрывоопасной зоны с помощью электропневмопреобразователя преобразуется в эквивалентный пневматический сигнал, который уже по пневматическим линиям связи поступает на пневматический исполнительный механизм. Если датчик также необходимо разместить во взрывоопасной зоне, то его выбирают с пневматическим выходным сигналом, который с помощью уже пневмоэлектропреобразователя преобразуется в эквивалентный электрический сигнал, который передается по электрическим линиям связи на электрический регулятор.

3. По характеру связи между входной и выходной величинами регуляторы подразделяются на регуляторы непрерывного и дискретного действия.

Регуляторами непрерывного действия называются регуляторы, у которых при непрерывном измерении входной величины выходная величина изменяется также непрерывно.

Регуляторами прерывистого действия называются регуляторы, у которых при непрерывном изменении входной величины выходная величина изменяется дискретно, только в определенные моменты времени, в интервале между которыми регулирующее воздействие постоянно. Регуляторы прерывистого действия часто называют дискретными. Так же как и системы регулирования, регуляторы дискретного действия подразделяются на релейные и импульсные.

Регуляторы также классифицируются по: конструктивному исполнению (приборные, аппаратные, агрегатные и модульные или элементные); числу регулируемых величин (одноканальные и многоканальные); количеству сигналов, поступающих на вход регулятора (одноимпульсные, двух-импульсные и т. д.); ряду других признаков.

Добавить комментарий