Системи автоматичного регулювання скорості

СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ СКОРОСТІ

Системи автоматичного регулювання скорості застосовують для механізмів з приводом від електродвигуна, діючи при цьому на режим живлення двигуна тобто на роботу рухаючи сил. Використовують системи неперервного регулювання яке являє собою слідкуючий привід з тахогенератором, і релейні системи з електроконтактним регулятором, керуючий напругою в ланцюгу якоря електродвигуна або котушки збудження включенням і виключенням додаткового опору в залежності від зміни скорості.

Нерівномірність скорості в перших системах знаходиться в межах 0,5…1%, в інших-0,12…4%.

Схема приводу по скорості показана на рис. 12.8. Напруга U_зс заданого сигналу, відповідає заданій скорості, порівнюється з напругою U_тг, що створюється тахогенератором ТГ. Різновид ∆U цих напруг являється сигналом різноголосся, який, підсилюється в підсилювачі У, відробляється з допомогою двигуна Д і механізму М, вихідним валом зв’язаним з загрузкою Н. Для збільшення крутизни характеристики і підвищення точності відпрацювання тахогенератора повинен мати високу частоту обертання (1000об/хв.), тому його включають в кінематичний ланцюг зразу після двигуна (рис. 12.9).

Електроконтактний регулятор встановлюють на валу електродвигуна. Його дію засновано на використанні центрових сил, діючих на рухомі контакти регулятора. Для вмикання в ланцюг двигуна останній постачається з контактними кільцями.

Після конструктивного використання електроконтактні регулятори діляться на два типа: радіальної і осьової дії.

Електроконтактні регулятори радіальної дії отримали більш широке застосування зберігаючи більш високу точність регулювання і більш високу чутливість.

На рис. 12.10(а), показано конструкцію електроконтактного регулятора двигуна постійного живлення серії ДПН. Він складається з рухомих 1 і не рухомих 9 контактів. Рухомі контакти закріплені на кільцях плоских консольних пружин 2, над якими встановлені пластини 3, що обмежують переміщення контакту 1. Пластинки

і пружини круплять гвинтами 4 до пластмасової втулки 6. Зазор між контактами може регулюватись закрученням або викрученням нерухомого контакту 9 з втулки 6 з подальшим штопоренням гайки 7. Переміщенням нерухомого контакту 9 створюється також різне зусилля пружини 2, чим забезпечується розімкнення контактів при заданій скорості. Контакти з’єднані з кільцями 8 провідниками 5.

Якщо скорість не перевищує задану, контакти 1 і 9 замкнені. При збільшенні скорості вище допустимого значення

рухомий контакт, пройшовши зусилля пружини 2 під дією центрової сили, розмикає ланцюг (рис. 12.10, б) і напруга протікає через додатковий резистор R_д. Внаслідок цього швидкість обертання вала двигуна зменшиться, центрова сила зменшиться і контакти замкнуться знову. Таким чином буде автоматично підтримуватися середня кутова швидкість обертання вала електродвигуна.

 

 

 

Електроконтактний регулятор радіальної дії показаний на рис. 12.11(а), використовується в електродвигунах типу ДКС, призначеним для роботи в переносних магнітофонах. В ньому, окрім плоскої пружини 1, встановлена гвинтова пружина 5, натяг якої регулюється гвинтом 6. Принцип дії цього регулятора аналогічний регулятору двигуна ДПН. В схемі вмикання регулятора (рис. 12.11, б) маємо транзистор, завдяки цьому через контакти регулятора проходить лише частина струму якоря, що забезпечує більш сприятливі умови роботи контактів.

Конструкція електроконтактного регулятора двигуна типу УМ-21-С (рис. 12.12,а) дозволяє змінювати середню швидкість обертання вала електродвигуна на ходу переміщенням регульованого гвинта 1 в гайці 2, встановленій на валу регулятора на шарикових підшипниках 3. Гвинт 1, переміщуючись, повертає важіль 5, що призводить до зміни натягу пружини 4 і відповідно середньої швидкості. Електрична схема регулятора показана на рис. 12.12,б.

Параграф 13

МЕХАНІЗМИ ВІДЛІКОВИХ ПРИСТРОЇВ

ОУ ЗІ ШКАЛОЮ.

ЦИФРОВІ ВІДЛІКОВІ ПРИСТРОЇ.

 

В даний час широко застосовують цифрові відлікові пристрої (ЦОУ), що володіють рядом переваг у порівнянні зі шкальними: відсутність погрішностей при знятті відліку оператором; можливість відліку на значній відстані під великим кутом зору; зменшення стомлюваності оператора і часу зняття відліку; можливість створення приладів високого класу точності при малих габаритах і автоматичної реєстрації результатів вимірювання.

При цифровому відліку вимірювана величина представляється в дискретному вигляді. Шкала приладу стає ступінчастою або дискретної (рис. 13.18). Дискретність шкали характеризується числом однакових ступенів n, на яке вона розділена. Похибка від дискретності δ = Д / (2n). Число ступенів n можна вибрати додатково великим, що зменшує похибка від дискретності, однак викликає ускладнення конструкції відлікового пристрою.

Кількість цифр або розрядів, які повинен одночасно відраховувати оператор, залежить від заданої похибки і може бути визначене за формулою N = n/ n ', де n' - число цифр на одному ролику. Отримане значення повинно бути округлене до найближчого більшого цілого числа.

Цифрові відлікові пристрої поділяють на електричні та механічні.

Електричні ЦОУ поділяють на кілька груп залежно від типу використаних індикаторів: електричні з використанням ламп розжарювання і електролюмннесценціі; газорозрядні та електронно-променеві з використанням спеціальних газорозрядних ламп та електронно-променевих трубок; напівпровідникові В електричних ЦОУ кут повороту або лінійне переміщення перетвориться в напругу, яка потім кодується, т. е. перетворюється на дискретну форму при допомозі спеціальних кодуючих перетворювачів [40].

Механічні ЦОУ застосовують для безпосереднього перетворення кутів повороту в дискретну цифрову форму без застосування додаткових електричних пристроїв. Найбільш широке поширення отримав роликовий механізм, застосовуваний для відліку в десятковій системі (див. Рис. 10.29). Якщо кут повороту ведучого ролика менше 2 , перед роликовим відліковим механізмом повинен бути встановлений редуктор з відповідним передавальним

відношенням, що забезпечує повний кут повороту ведучого ролика (рис. 13.19). Для забезпечення оперативності зчитування та зменшення стомлюваності оператора при конструюванні механічних ЦОУ необхідно виконувати вимоги ГОСТ 22902-78 і наступні рекомендації: цифри повинні швидко «заступати» на своє місце, але не повинні змінювати одна іншу швидше, ніж двічі на секунду, якщо оператору необхідно послідовно зчитувати всі числа; рух оцифрованих роликів вгору повинно відповідати зростанню чисел;

лічильники слід розташовувати якомога ближче до поверхні панелі приладу, щоб забезпечити максимальний кут зору і виключити можливість появи тіні на відлікової частини лічильника (рис. 13.20, а);

проміжки між цифрами повинні бути невеликими і не перевищувати половини висоти цифри (рис. 13.20, б);

відношення висоти цифр до їх ширині має бути 1: 1 (а не 3: 2, як рекомендувалося для шкальних індикаторів), ето пояснюється викривленням форми цифр, що викликається зігнутої поверхнею ролика (рис. 13.20, в);

лічильники повинні бути орієнтовані в приладі так, щоб їх свідчення читалися зліва направо (рис. 13.20, г);

у вікні лічильника ие повинно з'являтися більше однієї цифри від кожного ролика (рис. 13.20, д).

Загальні технічні вимоги до ЦОУ встановлені ГОСТ 24907-81. Недолік механічних ЦОУ - велика інерційність, що обмежує їх застосування. Тому в даний час більш широко застосовують електричні ЦОУ [19, 36]. Конструкції та технічні дані елементів, які використовуються в якості індикаторів в електричних ЦОУ, описані в роботах [19, 36].

ПАРАГРАФ 14

ФІКСАТОРИ І ОБМЕЖУВАЧІ.

ОБМЕЖЕННІ РУХИ.

Багато елементів настройки приладів (конденсатори, потенціометри) мають обмежений кут повороту, у зв'язку з чим механізми приводу їх повинні мати спеціальні обмежувачі, що не допускають повороту осі цих елементів за межі робочого кута. При цьому обмежувачі слід встановлювати так, щоб завзяте зусилля сприймалося конструкцією механізму, а не віссю елемента настройки.

Місце обмежувача в механізмі залежить від типу механізму і способу приводу - ручний або від електродвигуна У разі застосування фрикційних механізмів приводу обмежувач руху можна розташовувати безпосередньо на осі, пов'язаної з віссю елемента настройки Якщо в якості механізму приводу осі елемента настройки застосовується механізм з зубчастими колесами, установка обмежувача руху на останньому валу може привести до поломки у зв'язку з великими зусиллями на цьому валу. В таких механізмах обмежувач необхідно розташовувати якомога ближче до вхідного валу (до рукоятки налаштування або до електродвигуна). При наявності в механізмі обертових мас, що володіють великим моментом інерції, необхідно стопорити безпосередньо ці маси, що дозволить вберегти від удару інші ланки механізму.

Крім того, у разі приводу механізму від електродвигуна ланцюг живлення електродвигуна повинна розриватися раніше механічного стопоріння з урахуванням часу вибігу системи двигун - механізм. Для цього передбачають регулювання часу випередження розриву ланцюга живлення двигуна по відношенню до моменту механічного стопоріння.

Ланки механізму, безпосередньо сприймають навантаження при обмеженні руху, повинні бути досить міцними. Крім того, для запобігання від поломки ланок, жорстко пов'язаних з обмежувачем руху, в кінематичну ланцюг механізму перед обмежувачем необхідно включати запобіжну муфту (див. Гл. 11).

В даний час розроблено багато типів і конструкцій обмежувач руху. Вибір їх обумовлюється наступними факторами [33, 35, 63] числом оборотів, на яке повинен бути розрахований обмежувач; зусиллям, яке виникає при стопорении; власним моментом обмежувача; допустимими габаритами обмежувача; зручністю складання та регулювання стопорящее елементів обмежувача; похибкою, з якою повинні фіксуватися крайні положення елементів стопорного пристрою обмежувача.

Нижче наводяться конструкції та розрахункові залежності найбільш застосовуваних обмежувачів руху: гвинтового, з кулачковими шайбами, зубчато-кулачковими.

 

Гвинтовий обмежувач

Робота такого обмежувача (рис. 14.14, а) заснована на обмеженні поступального руху ходової гайки 4, що переміщається по обертається гвинта 3. Обмежувачами служать наполегливі кільця 1 і 2, укріплені на гвинті на певній відстані один від одного. Для забезпечення поступального руху гайки 4 обмежувач має планку 5, закріплену на корпусі обмежувача.

Гвинт встановлюється або безпосередньо на осі, обертання якої необхідно обмежувати, або з'єднується з цією віссю через передачу, Стопоріння проісходіт в результаті зустрічі виступу А, гайки 4 і виступу В на одному з наполегливих кілець 1 або 2. Ці кільця встановлюють таким чином, що в положенні стопоренія між площиною кільця і виступом гайки залишається зазор ∆S = 0,2Р (Р - крок різьблення ходового гвинта 3).

Розрахунок обмежувача полягає у визначенні відстані між виступами наполегливих кілець, висоти виступів кілець а, висоти виступів гайки h, повної ширини гайки h, кутових α і β розмірів гайки і наполегливих кілець, а також початкового взаємного кутового положення виступів гайки і кілець в залежності від заданого числа обертів гвинта N і прийнятого ходу гвинтової лінії різьби Р_h.

Кутові розміри α і β вибирають з конструктивних міркувань. Зазвичай α = β = 30 °, однак кут β повинен призначатися дещо більшим з метою майбутньої

 

підгонки моменту стопорения. Хід гвинтової лінії Р_h також вибирають з конструктивних міркувань; для зменшення габаритів обмежувача доцільніше використовувати однозаходная різьблення з кроком Р = (0,5... 2) мм.

Висоту виступів наполегливих кілець визначають з виразу

Відстань між площинами виступів опорних кілець

Де (n+∆n) = N; n – ціле число обертів гвинта; ∆n – дробова частина оберту гвинта (∆n< 1).

Кут δ, визначаючий початкове кутове положення виступів гайки і кілець може бути обчислений за формулою

Гвинтовий обмежувач використовується також для виключення ланцюга живлення електродвигуна; при цьому гайка повинна забезпечуватися спеціальними виступами, які впливають і а контакти ланцюга живлення (рис. 14.14, б).

 

СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ СКОРОСТІ

Системи автоматичного регулювання скорості застосовують для механізмів з приводом від електродвигуна, діючи при цьому на режим живлення двигуна тобто на роботу рухаючи сил. Використовують системи неперервного регулювання яке являє собою слідкуючий привід з тахогенератором, і релейні системи з електроконтактним регулятором, керуючий напругою в ланцюгу якоря електродвигуна або котушки збудження включенням і виключенням додаткового опору в залежності від зміни скорості.

Нерівномірність скорості в перших системах знаходиться в межах 0,5…1%, в інших-0,12…4%.

Схема приводу по скорості показана на рис. 12.8. Напруга U_зс заданого сигналу, відповідає заданій скорості, порівнюється з напругою U_тг, що створюється тахогенератором ТГ. Різновид ∆U цих напруг являється сигналом різноголосся, який, підсилюється в підсилювачі У, відробляється з допомогою двигуна Д і механізму М, вихідним валом зв’язаним з загрузкою Н. Для збільшення крутизни характеристики і підвищення точності відпрацювання тахогенератора повинен мати високу частоту обертання (1000об/хв.), тому його включають в кінематичний ланцюг зразу після двигуна (рис. 12.9).

Електроконтактний регулятор встановлюють на валу електродвигуна. Його дію засновано на використанні центрових сил, діючих на рухомі контакти регулятора. Для вмикання в ланцюг двигуна останній постачається з контактними кільцями.

Після конструктивного використання електроконтактні регулятори діляться на два типа: радіальної і осьової дії.

Електроконтактні регулятори радіальної дії отримали більш широке застосування зберігаючи більш високу точність регулювання і більш високу чутливість.

На рис. 12.10(а), показано конструкцію електроконтактного регулятора двигуна постійного живлення серії ДПН. Він складається з рухомих 1 і не рухомих 9 контактів. Рухомі контакти закріплені на кільцях плоских консольних пружин 2, над якими встановлені пластини 3, що обмежують переміщення контакту 1. Пластинки

і пружини круплять гвинтами 4 до пластмасової втулки 6. Зазор між контактами може регулюватись закрученням або викрученням нерухомого контакту 9 з втулки 6 з подальшим штопоренням гайки 7. Переміщенням нерухомого контакту 9 створюється також різне зусилля пружини 2, чим забезпечується розімкнення контактів при заданій скорості. Контакти з’єднані з кільцями 8 провідниками 5.

Якщо скорість не перевищує задану, контакти 1 і 9 замкнені. При збільшенні скорості вище допустимого значення

рухомий контакт, пройшовши зусилля пружини 2 під дією центрової сили, розмикає ланцюг (рис. 12.10, б) і напруга протікає через додатковий резистор R_д. Внаслідок цього швидкість обертання вала двигуна зменшиться, центрова сила зменшиться і контакти замкнуться знову. Таким чином буде автоматично підтримуватися середня кутова швидкість обертання вала електродвигуна.

 

 

 

Електроконтактний регулятор радіальної дії показаний на рис. 12.11(а), використовується в електродвигунах типу ДКС, призначеним для роботи в переносних магнітофонах. В ньому, окрім плоскої пружини 1, встановлена гвинтова пружина 5, натяг якої регулюється гвинтом 6. Принцип дії цього регулятора аналогічний регулятору двигуна ДПН. В схемі вмикання регулятора (рис. 12.11, б) маємо транзистор, завдяки цьому через контакти регулятора проходить лише частина струму якоря, що забезпечує більш сприятливі умови роботи контактів.

Конструкція електроконтактного регулятора двигуна типу УМ-21-С (рис. 12.12,а) дозволяє змінювати середню швидкість обертання вала електродвигуна на ходу переміщенням регульованого гвинта 1 в гайці 2, встановленій на валу регулятора на шарикових підшипниках 3. Гвинт 1, переміщуючись, повертає важіль 5, що призводить до зміни натягу пружини 4 і відповідно середньої швидкості. Електрична схема регулятора показана на рис. 12.12,б.