Grabiec Arkadiusz III MDT gr.L2

Jantas Paweł

Gdula Michał

ELEMENTY WYKONAWCZE

1.CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z różnymi typami elementów wykonawczych.

2.OPIS ĆWICZENIA

Na zajęciach zajmowaliśmy się

• siłownikiem pneumatycznym

• silnikiem dwufazowym

• silnikiem krokowym

• siłownikiem elektrycznym

• falownikiem

W UAR , zazwyczaj moc dostarczona z regulatora do obiektu , jako sterowanie u, jest niewystarczająca do sprawnego , właściwego kierowania obiektem regulacji.

Z tego powodu istnieje konieczność zastosowania pomiędzy regulatorem a obiektem regulacji specjalnego członu , zlokalizowanego w układzie regulacji (rys1) , który nazywamy ELEMENTEM WYKONAWCZYM.

Istotne są w elemencie wykonawczym:

• podawane z regulatora

• sterowanie u

• wielkość wyjściowa elementu wykonawczego u*

• zasilanie elementu wykonawczego strumieniem energii lub strumieniem odpowiedniego materiału (w procesach technologicznych).

W układach regulacji automatycznej małych mocy na ogół wystarczająca jest moc wyjściowa regulatora i nie ma wówczas potrzeby stosowania oddzielnego elementu wykonawczego , ponieważ w takim przypadku regulator jest równocześnie elementem wykonawczym.

Podział elementów wykonawczych ze względu na ich funkcje:

• elementy wykonawcze o działaniu nastawczym

• elementy wykonawcze o działaniu napędowym

• elementy wykonawcze o działaniu o działaniu wzmacniaczy mocy

1. Elementy wykonawcze oddziałaniu nastawczym są najczęściej związane z obiektem regulacji , ponieważ w samym obiekcie bezpośrednio wpływają na zasilanie go energią lub strumieniem odpowiedniego materiału.

Do tego rodzaju elementów zaliczane są:

• zawory

• zasuwy

• dozowniki pyłu węglowego

• pompy o zmiennym wydatku

oraz w układach elektrycznych :

• dławiki nasycane

• autotransformatory

• odpowiednie układy tyrystorowe.

Każdy element wykonawczy o działaniu nastawczym posiada charakterystykę statyczną

u* = f ( u )

przy danym zasilaniu odpowiednio dostosowaną do charakterystyki obiektu regulacji , charakterystyki regulatora i charakterystyki zasilania.

Przykłady elementów wykonawczych o działaniu nastawczym:

zawory sterowane, zawory niesterowane, zawory jednogniazdowe, zawory mieszające.

Wszystkie elementy wykonawcze o działaniu nastawczym powinny umożliwiać sterowanie ręczne i możliwość zadziałania awaryjnego.

2. Elementy wykonawcze o działaniu napędowym są stosowane w celu uzyskania odpowiednich przesunięć, prędkości i przyśpieszeń, zarówno kątowych jak i linowych, w różnych typach obiektów działających w atmosferze bezwybuchowej i atmosferze wybuchowej, zwłaszcza w przemyśle chemicznym.

Istnieje kilka zasadniczych typów elementów tego rodzaju, realizowanych w wersji pneumatycznej, hydraulicznej i elektrycznej.

W realizacji pneumatycznej spotykane są elementy wykonawcze:

membranowe, tłokowe i wirnikowe, do których niezbędne jest zasilanie powietrzem lub gazem o odpowiednim ciśnieniu. Maksymalna moc tego rodzaju elementów wykonawczych przekracza nawet 10 kW.

Elementy wykonawcze w realizacji hydraulicznej działają najczęściej na zasadzie silnika tłokowego.

Elementy wykonawcze o działaniu napędowym realizowane w wersji elektrycznej są silnikami prądu stałego lub prądu zmiennego. Cechą charakterystyczną silników elektrycznych stosowanych w tego rodzaju elementach automatyki jest:

• duży moment rozruchowy,

• mały moment

• możliwość zasilania silnika w stanie zahamowanym bez obawy przegrzania i uszkodzenia uzwojenia silnika pod wpływem temperatury. Moce silników elektrycznych stosowanych w automatyce są małe - od kilkunastu do kilkuset watów.

3. Elementy wykonawcze o działaniu wzmacniaczy mocy są szczególnymi elementami w

UAR. W rzeczywistości są to różnorodne układy wzmacniaczy elektronicznych, elektromaszynowych, pneumatycznych, hydraulicznych i elektropneumatycznych. Elektroniczne wzmacniacze mocy a w szczególności wzmacniacze półprzewodnikowe (zwłaszcza w postaci układów scalonych), mają coraz większe znaczenie w automatyce. Zastosowanie tyrystorów umożliwiło wielokrotne powiększenie mocy wyjściowej wzmacniaczy elektronicznych i pozwoliło na sprzężenie tych wzmacniaczy z wykonawczymi elementami grzejnymi grzejnymi dużych mocy, jak również umożliwiło sterowanie silników wykonawczych dużych mocy oraz transformatorów i autotransformatorów. W wielu układach automatyki przemysłowej i specjalnej, jak np. w radiolokacji stosowane są dość często elektromaszynowe wzmacniacze typu amplidyn i rototroli.

Pneumatyczne i hydrauliczne wzmacniacze mocy stanowią odrębną dziedzinę i są powszechnie stosowane w pneumatycznych i hydraulicznych układach automatyki.

Można łączyć w jedną całość wzmacniacze pneumatyczne i elektroniczne. W ten sposób powstały wzmacniacze elektropneumatyczne z wejściem i wyjściem pneumatycznym.

Siłownik pneumatyczny o przesunięciu liniowym.

Siłownikiem (serwomotorem) nazywamy urządzenie wykonawcze w układach regulacji przetwarzające sygnał sterujący na przesunięcie liniowe o dużej sile lub obrotowe o dużym momencie. Siłowniki służą zwykle do nastawiani grzybka , klapy regulacyjnej, zasuwy lub innych elementów nastawczych.

Siłowniki pneumatyczne o przesunięciu liniowym przetwarzają sygnał pneumatyczny na przesunięcie liniowe trzpienia siłownika. W zależności od rodzaju przetwarzania pneumo-mechanicznego - ciągłego lub dyskretnego - dzielą się na :

• siłowniki pneumatyczne analogowe,

• siłowniki pneumatyczne dyskretne.

Grupę tę tworzą siłowniki membranowe oraz siłowniki tłokowe pracujące w układzie otwartym (ze sprężyną zwrotną) lub w układzie zamkniętym (z ustawnikiem pozycyjnym). Przetwarzają sygnał analogowy pneumatyczny na przesunięcie linowe y tłoczyska siłownika.

Siłowniki pracujące w układzie otwartym występują w dwóch typowych rozwiązaniach konstrukcyjnych :

• siłowniki o działaniu prostym,

• siłowniki o działaniu odwrotnym.

W siłownikach o działaniu prostym przy wzroście ciśnienia trzpień wysuwa się na zewnątrz obudowy, natomiast w siłownikach o działaniu odwrotnym cofa się.

W stanach ustalonych zależność między sygnałem wejściowym a sygnałem wyjściowym jest proporcjonalna.

Siłowniki membranowe mają jedną wspólną wadę: ograniczone przesunięcie trzpienia siłownika w granicach 20 - 100 mm zależnie od czynnej powierzchni membrany.

Silnik dwufazowy

Silniki indukcyjne dwufazowe są stosowane jako tzw. silniki wykonawcze w układach automatycznego sterowania i regulacji. Dwa uzwojenia stojana są na obwodzie przesunięte względem siebie o kąt elektryczny π/2. Jedno z nich, zwane uzwojeniem sterowania, jest zasilane tylko wówczas, gdy silnik ma się obracać, drugie, stale zasilane, jest uzwojeniem wzbudzenia.

Wirnik silnika wykonawczego może być wykonany jako klatkowy, często jednak stosuje się budowę kubkową (puszkową); silnik taki ma nieruchomy stojan zewnętrzny i wewnętrzny, a wirnik jest zbudowany w postaci cienkościennego cylindra i wiruje w szczelinie powietrznej między stojanem wewnętrznym a zewnętrznym. Ze względu na wymaganą rezystancje wirnika kubek jest wykonany najczęściej z mosiądzu, brązu lub aluminium z odpowiednimi dodatkami stopowymi (np. krzem lub fosfor).

Dla uzyskania momentu rozruchowego konieczne jest przesunięcie w fazie prądów sterującego i wzbudzającego. W tym celu stosuje się różne sposoby zasilania silnika:

1. zasilanie napięciami U i U_b przesuniętymi w fazie o kąt π/2 (sterowane amplitudowo);

2. zasilanie napięciami o stałych amplitudach, lecz ze zmianą kąta przesunięcia fazowego w zakresie od 0 do π/2 (sterowanie fazowe);

3. zasilanie obu uzwojeń z sieci jednofazowej z regulacją amplitudy napięcia sterującego, przy czym w obwód wzbudzenia włączony jest kondensator (sterowanie amplitudowo-fazowe).

Pole magnetyczne wytworzone przez prądy sterujący i wzbudzający może być pulsujące, kołowe lub w ogólnym przypadku eliptyczne.

Jeżeli uzwojenie sterowania jest rozwarte lub napięcie sterujące jest równe zeru, to żeby silnik dwufazowy wykonawczy nie był pozbawiony sterowności, musi on przy dowolnej prędkości obrotowej zatrzymać się nie tylko na skutek działania momentu obciążenia, ale przede wszystkim na skutek działania własnego elektromagnetycznego momentu hamującego. Własność tę nazywamy samohamownością silnika.

Silniki krokowe

Silnikami krokowymi (skokowymi) są nazywane takie elementy wykonawcze, których zadaniem jest przetworzenie impulsów elektrycznych na odpowiednie przemieszczenie kątowe. Impulsy elektryczne są w odpowiednim układzie elektronicznym przetwarzane na napięcie sterujące, przy czym każdy kolejny impuls powoduje zmianę układu napięć sterujących, zwaną komutacją. Każdy kolejny impuls powoduje obrót silnika o pewien określony kąt, zwany krokiem lub skokiem.

Ze względu na budowę silnik skokowe można podzielić na dwie podstawowe grupy:

• o wirniku biernym (reluktancyjne)

• o wirniku czynnym

Istnieje wiele różnorodnych odmian silników skokowych. Dążeniem konstruktorów jest uzyskanie dużych momentów synchronizujących przy możliwie małym momencie bezwładności wirnika, zmniejszenie jednego skoku i zwiększenie granicznej częstotliwości impulsów sterujących. Falowniki

Podstawowym niedostatkiem silników trójfazowych, uniemożliwiającym ich stosowanie w wielu układach, jest brak łatwego sposobu regulowania prędkości obrotowej. Jedynym efektywnym sposobem regulowania prędkości obrotowej tych silników jest zmiana częstotliwości trójfazowej sieci zasilającej. Umożliwiają to urządzenia zwane falownikami. Zastosowanie procesora w konstrukcji falownika SJ-100 pozwoliło uzyskać oprócz podstawowej funkcji (generowanie trójfazowego napięcia przemiennego 220V o regulowanej częstotliwości w zakresie od 0 do 360 Hz) szereg dodatkowych cech, wśród których wyróżnia się stabilizacja momentu napędowego silnika zasilanego falownikiem dla zakresu częstotliwości od 5do 50 Hz.

Przykładowe pytania do zaliczania testowego

1. Sygnał wejściowy w poznanym siłowniku pneumatycznym zmienia się w zakresie: od 0,2 do 1.0 atm.

2. Podstawową wadą membranowego siłownika pneumatycznego jest: mały zakres zmian wielkości wyjściowej - przemieszczenie trzpienia 12,5 mm.

3. W dwufazowym silniku elektrycznym występują dwa rodzaje uzwojeń: wzbudzenia i sterujące.

4. Moment rozruchowy silnika krokowego jest: duży, równy

nominalnemu.,

5. Kierunek obrotów silnika krokowego zależy od biegunowo­ści impulsów sterujących.

6. Poznany silnik krokowy charakteryzuje się skokiem równym 3.6°

7. Podstawowe zalety silnika krokowego to: duży moment rozru­chowy, moment hamujący, płynna regulacja prędkości obrotowej w całym zakresie.

8. Podstawowe wady silnika krokowego to: stosunkowo mała max. pręd­kość obrotowa, nierówny ruch obrotowy przy małych prędkościach - skoki, skomplikowana budowa, konieczny układ sterowania - źródło impulsów sterujących.

9. Prędkość obrotowa silnika trójfazowego asynchronicznego połączonego w gwiazdę w porównaniu z prędkością tegoż silnika połączonego w trójkąt jest taka sama, nie różni się.

10. Falownik SJ100 generuje trójfazowe napięcie przemienne 240/400V o re­gulowanej częstotliwości w zakresie od 5 do 360Hz.

11. Falownik SJ100 w zakresie od 5 do 50 Hz...........(stabilizuje mo­ment napędowy zasilanego silnika)

---