Компания «Сервомеханизмы» производит технику для линейного перемещения: механизмы электрические прямоходные, винтовые домкраты, подъемные системы.
Челябинск (351) 236-01-55, 790-11-16
Москва (499) 397-81-09
Челябинск (351) 236-01-90, 790-11-16
Москва (499) 397-81-09
  • Главная
  • Статьи
  • Устройства и элементы автоматизированного электропривода

Устройства и элементы автоматизированного электропривода

Типовые устройства и элементы, использующиеся в автоматизированном приводе.

1. Силовые полупроводниковые преобразователи энергии

Они преобразуют энергию с одними параметрами и показателями качества в другие, необходимые для работы. Параметры сети это - род тока и напряжения, частота, число фаз, фаза напряжения. К таким преобразователям относятся выпрямители (преобразуют переменный ток в постоянный), инверторы  (преобразуют переменный в постоянный), преобразователи частоты (преобразует станддартные переменный ток сети в ток с напряжением регулируемуй частоты), регуляторы напряжения переменного и постоянного тока, преобразователи числа фаз напряжения переменного тока.

По элементарной базе они подразделяются на: диодные, терристорные и транзисторы. 
По управляемости: управляемые и неуправляемые.

2. Электрические аппараты ручного и дистанционного управления.

Электрический аппараты - электротехнические устройства, предназначенные для управления потоками энергии и информации, а также режимами работы, контроля и защиты технических и электротехнических систем и их компонентов. 
Одним из основных признаков классификации является их рабочее напряжение, по которому они делятся на аппараты низкого (< 1000 В) и высокого напряжения (>1000 В).

Первые выполняют функцию коммутации и защиты цепей и устройств и регулирования параметров технических объектов. Аппараты высокого напряжения подразделяют на коммутационные (выключатели, разъединители), измерительные, компенсирующие (шунтрирующие реакторы УРШ, шунт - устройство позволяющее электрическому току протекать в обход), комплектные распределительные устройства.

По своему исполнению аппараты подразделяются на электромеханические, статические и гибридные. Также они подразделяются по значению рабочих токов и роду тока, частоте рабочего напряжения. К аппаратам ручного управления относятся командные маломощные устройства - кнопки, ключи управления, командоаппараты, командоконтроллеры, с помощью которых осуществляется коммутация цепей, магнитные пускатели - аппараты для пуска, останова и реверса асинхронных двигателей.

Автоматические выключатели - аппараты для нечастой коммутации цепей и их автоматической защиты при авариях. По принципу действия подразделяют на электромагнитные, тепловые и полупроводниковые.  Также они имеют разное назначение, уровень номинальных токов, набор защит и т.п.

Контакторы - аппарат для частых коммутаций силовых цепей, с дистанционным управлением.
Различаются по роду тока, цепи, количеству главных контактов (полюсов), роду тока цепи катушки, номинальному току и напряжению коммутируемых цепей, конструктивному и сполнению и др.

Также здесь применяются слаботочные реле и коммутационные аппараты высокого напряжения.

3. Аналоговые элементы и устройства управления

Интегральные микросхемы - элементы у которых -транзисторы, диоды, резисторы и пр. - неразрывно соединены электрически, конструктивно, технологически. Количество элементров может достигать несколких тысяч.
ИС классифицируются по нескольким признакам - виду электрических сигналов (аналоговые и цифровые), функциональному назначению, степени интеграции, быстродейсвию, потребляемой мощности.
Отдельная группа полупроводниковых устройств - оптоэлектронные приборы - это приборы, чувствительные в электромагнитному излучению в спектральном диапазоне (от инфракрасного до ультрафиолетового) или излучают электромагнитную энергию в этом же диапазоне. 
К ним относятся - светоизлучающий диод (СИД), инфракрасный излучающий диод (ИК - диод), фоторезистор, фотодиод, фототерристор, фототранзистор, оптопара

Операционный усилитель - усилитель постоянного тока, с большим коэффициентом. усиления,

4. Дискретные элементы и устройства управления

Тенденцией развития систем управления и автоматизации является применение в них дискретных элементов и устройств, получивших название цифровых. Они характеризуются высокой точностью, быстродейсвитем, надежностью в работе, малым энергопотреблением. 
Также они естевственным образом сочитаются с ЭВМ, составляя с ними единую автоматизированную систему управления.
Бывают случаи применение смешанных, цифроаналоговых систем.

Триггер - пусковая схема с несколькими устойчивыми состояниями, это элемент цифровой системы управления. С их использованием строятся различные логические и вычислительные узлы и устройства памяти. Он может запомнить предварительно установленный в нем уровень логического сигнала (0 и 1)и сохранять это уровень до момента новой записи. 

Элементарная ячейка памяти, для хранение 1 бита информации (0 или 1, двоичная система).

Вычислительные устройства - для выполнения арифметических операций в цифровых узлах.

Логические цифровые узлы - для логических операций над дискретными электрическими сигналами. Это распределители импульсов, шифраторы, дешифраторы, мультиплексоры.

Устройства памяти - для запоминания, хранения и выдачи информации. К ним относятся регистраторы, матрицы-накопители, оперативные и постоянные запоминающие устройства.

Цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи - применяются для взаимного перобразования аналоговых и цифровых сигналов.

5. Полупроводниковые логические элементы

Логическими элементами называются дискретные элементы, напряжения на входе и выходе которых могут принимать высокое -логическую 1 или низкую - логический ноль значения.

Могут выполняться на электромагнитных реле, магнитных элементах и виде ИС, являющихся современным их исполнением.

Простейшие л.э. -НЕ, ИЛИ, И, ИЛИ -НЕ 
Также они могут запоминать пределенный уровень входного сигнала, блокировку, выдержку времени на выключение и отключение и другие операции.

6. Микропроцессорные средства управления

Микропроцессор - программно-управляемое цифровое устройство, предназначенное для обработки информации и управления этим процессом.

Выполняется на основе одной или нескольких больших ИС, состоящих из нескольких десятков тысяч простых элементов и могут иметь 24, 40, 48 и 64 выхода.

микропроцессорная система

В него входят арифметико-логическое устройство (АЛУ), устройство управления (УУ) регистровое запоминающее устройство (РЗУ). Эти три основные части соединены тремя линиями связи - шинами данных (ШД), шинами адресов (ША) и шинами управления (ШУ).

Для выполнения функций управления смеха МП дополняется целым рядом блоков, в результате чего образуемся микропроцессорная система (МПС).

Программируемые контроллеры (ПК) - представляют собой МПС, предназначенные для управления локальными объектами в реальном масштабе времени. Изначально он появились как средство для замены релейной автоматики и устройств жесткой логики на ИС малой и средней степени интеграции. В настоящее время это класс микропроцессорных систем, ориентированных на широкое использование в промышленной среде для решения задач автоматизации. 
Программируемый контролер имеет соотвествующее конструктивное исполнение и специальное программное обеспечение, доступное для персонала.

Схема работы контроллера

ЗУ - запоминающее устройство, в котором содержится программа его работы
ЛП - логический процессор, осуществляющий логические операции над последовательно вводимыми сигналами.
К1 К2 - коммутаторы входных и выходных сигналов соотвественно. 
УС 1,2 - устройства сопряжения с входными и выходными сигналами
U - входные и выходные сигналы

Программировоние контроллеров ведется на специальных языках проблемно-ориентированных языках управления.

К ним относятся:

  • графические языки релейно-контакторных схем (РКС
  • граф. языки логических схем, использ. типовые функции.
  • языки мнемонического символьного кодирования
  • языки ассемблерного типа
  • проблемно-ориентированные языки высокого уровны - графсет, ЯРУС-2, ФОКОН-2 или модифицированные традиционные языки программирования.  

7. Датчики и другие дополнительные средства мониторинга и регулирования

Под термином "датчик угла" понимаются устройства, преобразующие угловую координату в электрическое напряжение. Это напряжение используется в системах автоматизированного электропривода как сигнал обратной связи по углу или как управляющий сигнал в задающих устройствах.

Датчики угла находят применение в следящих системах для измерения угла поворота исполнительного вала. Задание на движение системы может выполняться также с помощью датчика угла, угловой координатой которого является угол поворота задающей оси. 

В системах автоматизированного электропривода датчики скорости используются для реализации обратной связи по скорости. В этом качестве нашли широкое применение тахогенераторы - микромашины постоянного и переменного токов.

Тахогенератор постоянного тока представляет собой электрическую машину постоянного тока с независимым возбуждением или постоянными магнитами.
Входная координата тахогенератора - угловая скорость, выходная - напряжение, выделяемое на сопротивлении нагрузки.

Тахогенераторы переменного тока выполнены на базе асинхронной двухфазной машины. На статоре имеются две взаимно перпендикудярные обмотки: обмотка возбуждения, расположенная по одной оси, и выходная управляющая, расположенная по другой оси и включенная на сопротивление нагрузки. Для уменьшения момента инерции ротор выполняется тонкостенным в виде полого стакана немагнитного материала (обычного алюминиевого сплава). Внутри ротора размещается неподвидный стальной шихтованный сердечник, по которому замыкается магнитный поток.

В современных системах АЭП с большими диапазонами регулирования скорости и высокими требованиями к ее стабилизации точность тахогенератора может оказаться недостаточной. 
Для таких систем используются цифровые датчики скорости. Функционально в них можно выделить две основные части: импульсный преобразователь скорости - датчик импульсов, преобразующий угловую скорость вала в импульсы с частотой, пропорциональной скорости, и кодовый преобразователь - счетчик импульсов, формирующий на интервале изменения цифровой код выходной величины датчика скорости.

Датчик импульсов может быть выполнен на основе индуктосина - многополюсного индуктивного преобразователя- или фотоэлектрического кодового диска.

В системах АЭП контролируемыми и регулируемыми координатами являются не только механические величины - угол поворота, скорость, ускорения, но и электрические - напряжение, ток, ЭДС, мощность.

Для изменения этих координат используются соотвествующие датчики. К числу типовых можно отнести датчики тока и напряжения. Они наиболее широко применяются и на их основе стоятся датчики ЭДС и мощности.

Назначение датчиков электрических величин - преобразование входной величины - напряжения или тока цепи преобразователя, двигателя в выходной сигнал, пропорциональный входной величине.

Они также могут быть аналоговыми и цифровыми (последнее сейчас наиболее актуальны).

На основе рассмотренных датчиков с использованием регуляторов и согласующих элементов могут составляться схемы датчиков различных величин, непосредственное изменение которых затруднено.
В таких датчиках реализуется косвенное выделение измеряемой величины на основании известных соотношний, которые связывают искомую величину с величинами непосредственно измеряемыми с помощью имеющихся датчиков.
Например, датчик мощности цепи постоянного тока можно составить из датчиков напряжения, тока и блока умножения, в котором перемножаются выходные величины датчиков напряжения и тока. Аналогично могут строиться и комплексные датчики неэлектрических величин - момента, ускорения и т. п.

Также могут быть комплексные датчики неэдектрических величин. Для датчиков угла и рассогласования широкое применение нашли сельсины и вращающиеся трансформаторы.

Сельсин - небольшая электрическая машина переменного тока, имеющая две обмотки: однофазную - обмотку возбуждения и трехфазную обмотку синхронизации.
По конструктивному признаку сельсины разделяются на два основных типа: контактные и бесконтактные. У первого - обмотка возбуждения расположена на роторе, обмотка синхронизации - на статоре. У второго - обмотка ротора получает питание от вращающейся совместно с ротором вторичной обмотки кольцевого трансформатора возбуждения с неподвижной первичной обмоткой.

8. Электромагнитные муфты и тормоза

Электромагнитная муфта - устройство, позволяющее с помощью электрического сигнала управления соединять или разъединять валы, а также регулировать скорость исполнительного органа рабочей машины при постоянной скорости вращения двигателя.

В электроприводах применяются электромагнитные муфты с механической звязью, порошковые и индукционные.

Тормозные устройства - для фиксации исполнительных органов в заданном положении, ограничения пути торможения после отключения двигателя, а также фиксацию в определенном положении после отключения.
Тормозные устройства разнообразны, они подразделяются на электромагнитные, гидравлические, пневматические по типу используемой энергии.
По конструкции - дисковые, конические, цилиндрические,

По начальному положению фрикционных элементов - нормально разомкнутые, нормально замкнутые.

Самый распространенные - электромагнитные тормоза.

9. Защита, блокировки и сигнализация в электроприводах

Для обеспечения эффективной защиты примняются следующие виды защит

Аппараты максимальной токовой защиты - плавкие предохранители, реле максимального тока, автоматические переключатели.
Нулевая защита -от значительного снижения напряжения сети - обеспечивает отключения двигателя 
Тепловая защита - отключает двигатель от источника питания, если вследствие протекания по его цепям повышенных токов имеет место более высокий нагрев его обмоток.
Минимально-токовая защита применяется с двигателями постоянного тока и синхронными двигателями для защиты от обрыва их цепей возбуждения.

Специальные виды защит - от перенапяжения на обмотке возбуждения двигателя пост. тока, от повышения напряжения в системе "преобразователь-двигатель", от превышения скорости ЭП, от затянувшегося пуска синхронных двигателей, путевая защита, обеспечивает отключение привода при достижении исполнительным органом крайних положений, защита синхронности синхронных двигателей и ряд других.

Электрические блокировки в системах привода служат для обеспечения заданной последовательности операций при его управлении, предотвращения нештатных и аваийных ситуаций, ошибок оператора и т.п.

Сигнализация в системах управлния может быть световой (сигнальные лампы, табло), звуковой (сирена, звонок), визуальной (указательные реле, измерительные приборы).

Просмотров: 282 | Дата публикации: Вторник, 21 июня 2016 07:26 |