Классификация электроприводов
1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
Различают следующие виды электроприводов (рис. 2):
по pоду тока — ЭП постоянного тока с ЭД постоянного тока и ЭП переменного тока с ЭД переменного тока;
по структуре — разомкнутый, не имеющий OC, замкнутый и комбинированный;
по виду УПУ — транзисторный, преобразовательным устройством которого является транзисторный усилитель; тиристорный с преобразователем на тиристорах; электромашинный каскад, в котором для преобразования мощности используется электромашинный усилитель-система «управляемый выпрямитель — двигатель» (УВ — Д), преобразовательным устройством которой является регулируемый выпрямитель или регулируемый выпрямитель и инвертор; система «генератор — двигатель» (Г—Д), преобразовательным элементом которой служит электромашинный преобразовательный агрегат;
Рис. 1. Структура электропривода
по типу передаточного устройства — редукторный, передаточное устройство которого содержит редуктор; безредукторный; электрогидравлический, имеющий гидравлическое передаточное устройство, и с электромагнитной порошковой муфтой (ЭПМ), выполняющей роль передаточного механизма;
по характеру изменения параметров ЭП — нерегулируемый, параметры которого изменяются от возмущающих воздействий, и регулируемый, параметры которого изменяются только под действием управляющего устройства.
Наиболее совершенным видом регулируемого ЭП является автоматизированный ЭП, определяемый как регулируемый ЭП с автоматическим регулированием параметров. Автоматизированный ЭП строится по замкнутому циклу регулирования, основанному на сравнении информации, поступившей извне от ЗУ с информацией о регулируемом параметре. Дальнейшую классификацию ЭП будем рассматривать более подробно и только применительно к автоматизированному ЭП.
По роду задачи регулирования различают ЭП со стабилизированным параметром, программно-управляемый и следящий.
ЭП со стабилизированным параметром служит для поддержания какого-либо параметра на заданном уровне. Например, для поддержания уровня освещенности в объекте регулирования можно применить ЭП, представленный на рис. 3, а.
Регулирующим органом в объекте регулирования OP являются шторки, угловое положение которых определяет световой поток. Управляющее устройство выполнено в виде мостовой схемы, в одно из плеч которой включен фоторезистор Rф для измерения фактической освещенности. В смежное плечо включен реостат Rзад для задания уровня освещенности.
Настройка моста осуществляется по току гальванометра Г, включенного в измерительную диагональ. Если освещенность равна заданной, то ток гальванометра равен нулю. При отклонении освещенности от заданного значения по гальванометру протекает ток, создающий момент вращения и поворачивающий рамку гальванометра. Вместе с рамкой поворачивается жестко с ней связанный движок потенциометра RE, преобразующий угловое перемещение рамки в электрический сигнал. Сигнал с потенциометра, усиленный усилителем А, приведет в действие электродвигатель M. Последний с помощью редуктора q приоткроет или закроет шторки диафрагмы OP в зависимости от отклонения освещенности.
Рис. 2. Классификация электроприводов
Программно-управляемый ЭП служит для изменения того или иного параметра по заранее заданной программе. Примером может служить привод копировально-фрезерного станка (рис. 4).
Рис. 3. ЭП со стабилизированным параметром
Рис. 4. Программно-управляемый ЭП
Программа в станке задается профилем шаблона 8, выполненного по форме готовой детали. Шаблон перемещается в горизонтальном направлении со скоростью vш и поднимает щуп 7. Перемещение щупа с помощью реечной пары б и сельсина BC преобразуется в электрический сигнал и поступает в УУ, в котором этот сигнал сравнивается с сигналом сельсина BE, дающего информацию о положении фрезы 2. При наличии рассогласования сигнал ошибки усиливается усилителем A и подается на электромеханический преобразователь 5, который перемещает золотник распределителя 4. Полости гидроцилиндра 3 соединяются с источником питания таким образом, что поршень начинает двигаться в сторону уменьшения рассогласования, перемещая фрезу по заготовке 1 в вертикальном направлении.
Необходимым условием правильного технологического процесса обработки является обеспечение синхронности перемещения шаблона и заготовки в горизонтальном направлении, т. e. равенство скоростей vш = vв.
Так как фреза «следит» за положением щупа, то заготовка превращается в деталь заданной формы с некоторым допуском, определяемым погрешностью работы ЭП и точностью шаблона. Необходимость изготовления нового шаблона затрудняет переход от обработки на станке деталей одного вида к обработке деталей другого вида. Замена шаблона программой, записанной на перфо - или магнитной ленте, устранила указанный недостаток и привела к созданию станков e числовым программным управлением (ЧПУ). Станки с ЧПУ получили распространение в металлообрабатывающей промышленности, где они позволяют получать детали сложной формы при высокой точности и производительности.
Рис. 5. Функциональная схема СП
Следящий электропривод (СП) отрабатывает изменение выходного параметра в соответствии G произвольно меняющимся задающим сигналом. Ha рис. 5 показана схема СП, управляющего положением суппорта станка. Главная задача СП — согласование вращения двух валов, механически между собой не связанных. Входной вал 1, вращаемый от задающего устройства ЗУ на пульте управления, называется задающим, а закон его движения — управляющим. Выходной вал 2, повторяющий движение задающего вала и связанный с OP (суппортом станка), называется исполнительным или следящим. От разности ? — ? угловых положений задающего и исполнительного валов зависит управляющий сигнал, вырабатываемый с помощью измерителя рассогласования на двух вращающихся трансформаторах (BT). Один BT (датчик TC) связан с задающим валом, другой BT (приемник TE) связан с исполнительным валом.
Напряжение рассогласования U?, снимаемое с ВТ-приемника и пропорциональное разности ? — ?, поступает на вход усилителя A, а затем подается на исполнительный двигатель M. Двигатель через редуктор q перемещает суппорт станка и одновременно ВТ-приемник в направлении уменьшения ошибки рассогласования.
B момент, когда суппорт достигает согласованного положения (? = ?), напряжение управления Uy становится равным нулю, и двигатель останавливается.
По виду управляющего сигнала ЭП разделяют на ЭП с непрерывным управлением и ЭП с дискретным управлением.
ЭП с непрерывным управлением, характеризуется непрерывным во времени формированием и передачей управляющего сигнала и регулированием частоты вращения ЭД за счет плавного изменения напряжения, подведенного от источника питания.
Устройство и принцип работы такого привода были рассмотрены на примере регулятора освещенности (см. рис. 3, а). Существенным недостатком такого ЭП является наличие момента трения в потенциометре (между щеткой и обмоткой), соизмеримого с моментом вращения гальванометра. Момент трения понижает чувствительность гальванометра и увеличивает статическую погрешность ЭП.
Для ослабления влияния нагрузки и уменьшения погрешности вводят дискретный элемент в виде подпружиненной падающей дужки (см. рис. 3, б). Дужка жестко связана о движком потенциометра и касается нижней плоскостью поверхности вращающегося кулачка. В момент, когда кулачок занимает положение, указанное на рисунке, движок опускается на потенциометр и происходит мгновенный съем сигнала. Ha усилитель A управляющий сигнал поступает в виде импульса, а так как кулачок вращается с постоянной скоростью, то импульсы поступают периодически. Управляющий сигнал приобретает дискретный характер, а изменение частоты вращения ЭД достигается путем периодического подключения (при наличии импульса) и отключения его (при отсутствии импульса) от источника питания.
Благодаря импульсному съему сигнала потребляемая ЭП мощность понижается, а статическая точность повышается, так как в таком ЭП движок потенциометра перемещается без нагрузки и не воздействует на гальванометр.
Привод, в котором управляющий сигнал формируется и передается в дискретные моменты времени, называется приводом с дискретным управлением. Если управляющий сигнал представляет собой периодическую последовательность импульсов, то ЭП называется импульсным.
Если ширина импульса непостоянная и формирование импульса зависит от определенного уровня управляющего сигнала, то такой ЭП является релейным. И, наконец, если управляющий сигнал имеет цифровую форму, то ЭП называется цифровым.
Применением указанных методов управления можно добиться непрерывного или прерывистого движения выходного вала. По указанному признаку различают ЭП непрерывного и дискретного действия. Непрерывный метод управления обеспечивает только непрерывную отработку, а релейный — только дискретную. При импульсном методе управления возможны оба вида движения выходного вала в зависимости от частоты посылки импульсов или от типа ЭД. Если частота импульсов большая, движение вала непрерывное, так как ЭД вследствие инерционности не успевает реагировать на управляющий сигнал. При низкой частоте импульсов движение выходного вала может быть прерывистым.
Рис. 6. Статические характеристики элементов
И, наконец, применение шагового двигателя в качестве ЭД обеспечивает поворот вала на строго фиксированные углы (дискретную отработку).
Деление ЭП на линейные и нелинейные проводят в зависимости от математического описания движения привода (его дифференциального уравнения). Входящие в ЭП элементы также разделяют на линейные и нелинейные. K линейным относят те элементы, которые характеризуются непрерывной линейной зависимостью выходного сигнала от входного хвых = kхвх, где k — постоянная величина, называемая передаточным коэффициентом. Линейная статическая характеристика имеет вид прямой, проходящей через начало координат под углом ? = arctg k (рис. 6, а).
Как правило, элементы ЭП не обладают строгой линейностью, в большинстве случаев их характеристики нелинейны. При определенных условиях эти нелинейности могут сказаться на устойчивости и качестве ЭП. Однако если отклонения статических характеристик незначительны и они не оказывают влияния на поведение всего привода в целом, то для небольшого диапазона изменений входной величины ?хвх участок фактической кривой 3 можно заменить касательной 1 или секущей 2 (рис. 6, б).
Такой прием носит название линеаризации статической характеристики.
Линеаризация характеристики возможна, если описывающее ее уравнение хвых = kхвх справедливо в течение всего интервала времени регулирования, характеристика непрерывна и в ней отсутствуют резкие перегибы. Практически не все характеристики можно линеаризовать без потери каких-либо существенных свойств элемента. Например, характеристика, представленная на рис. 6, в, вследствие наличия зоны нечувствительности ? линеаризации не поддается. Про элемент с такой характеристикой говорят, что он существенно нелинеен. Источниками существенных нелинейностей в ЭП являются: трение в сочленениях, зазоры в редукторах, ограничения сигналов на входе или выходе и т. п.
Линейным называется ЭП, содержащий линейные или линеаризуемые элементы. Движение такого ЭП описывается линейными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами.
ЭП, содержащий хотя бы один нелинейный элемент, называется нелинейным, к нему не применимы линейные методы расчета.
Назад | Содержание
| Вперед
