Гидравлические исполнительные механизмы

Предназначены для преобразования сигнала (разности давления масла), поступающего от регулятора, в перемещение РО. Выпускаются два типа гидравлических исполнительных механизмов: прямого хода (с поступательным движением штока) и кривошипные (с поворотным устройством).Поршневые исполнительные механизмы прямого хода состоят из цилиндра с поршнем. Масло под высоким давлением подается в цилиндр и перемещает поршень, шток которого соединен со штоком РО. Входной сигнал поршневого ИМ, соответствует командному сигналу регулятора.

При соединении штока с кривошипом получается кривошипный ИМ, управляющий поворотными (заслоночными) регулирующими органами.

Гидравлические ИМ обладают: высокой надежностью, большим ресурсом работы, возможностью плавного изменения выходных параметров в широком диапазоне, простотой преобразования энергии потока жидкости или газа в механическую мощность на выходе ИМ, устойчивостью к вибрации.

Электрические исполнительные механизмы

Устройства данного типа создают большие перестановочные усилия, монтируются на большом расстоянии от пульта управления, обеспечивают практически любой ход плунжера. К недостаткам можно отнести энергоемкость, сложность обслуживания, высокую стоимость для ИМ во взрыво - и пожарозащищенном исполнении. Работают в комплекте с электрическими регуляторами. Различают следующие виды электрических ИМ: электродвигательные и электромагнитные.

 Электродвигательные ИМ состоят из электродвигателя (постоянной скорости, переменной скорости или шагового), редуктора с ручным дублером, контрольно-пусковой аппаратуры (указателя положения, датчика положения), приставки, формирующей перемещение выходного вала. В зависимости от типа ИМ те или иные блоки могут отсутствовать.

Большое распространение получили электрические ИМ постоянной скорости, что обусловлено использованием простых и надежных электродвигателей, для управления которыми применяются простые и экономичные усилители мощности. В качестве электропривода в ИМ применяют асинхронные трехфазные двигатели, а также асинхронные однофазные двигатели с полым ротором.В таких ИМ ротор электродвигателя имеет постоянную мгновенную скорость вращения, а требуемый закон перемещения затвора РО обеспечивается за счет повторно-кратковременного включения электродвигателя.

В электромагнитныхИМ усилие, необходимое для перестановки затвора РО, создается электромагнитом. Когда по катушке электромагнита протекает ток, сердечник, соединенный с затвором РО, втягивается в электромагнит (индукционную катушку), открывая проход для рабочей среды. Если ток в катушке электромагнита отсутствует, пружина  выталкивает сердечник из электромагнита, и затвор РО перекрывает проход для рабочей среды. Электромагнитные ИМ применяются в основном в системах двухпозиционного регулирования и в системах защиты и блокировки, так как затвор регулирующего органа может занимать только два крайних положения (открыто-закрыто). При установке электромагнитных ИМ на трубопроводах для жидкостей следует иметь в виду, что их практически мгновенное действие приводит к гидравлическим ударам.

Пьезокерамические исполнительные устройства

Пьезокерамика стала одним из перспективных материалов. Действие пьезокерамических ИУ основано на принципе обратного пьезоэффекта: электрическая величина (напряжения или заряда) преобразуется в механическое перемещение (сдвиг) рабочего тела (преобразование электрической энергии в механическую). В последние годы широкое распространение в системах мехатроники получили исполнительные устройства, построенные на базе пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП). В этом классе исполнительных устройств в качестве электромеханического преобразователя используется пьезоэлектрическая керамика. Она способна деформироваться при изменении подведенного электрического потенциала (режим обратного пьезоэффекта), а также может генерировать на своих поверхностях электрический потенциал при деформировании внешней силой (режим прямого пьезоэффекта). Объем пьезокерамики при этом остается неизменным. В ПЭП используется электрическое поле, что значительно повышает надежность, и помехозащищенность исполнительных устройств в условиях внешних возмущающих электромагнитных полей. Современные составы пьезоэлектрической керамики отличаются высоким к.п.д., высокой механической прочностью, способностью работать в диапазоне температур -273…+35О°С, а составы на основе кобальта — до +700°С, инертностью к агрессивным средам, нечувствительностью к электромагнитным и радиационным полям. В исполнительных устройствах на базе пьезоэлектрической керамики массогабаритные показатели по сравнению с традиционным электроприводом снижены в 1,5… 100 раз, достигаются высокие динамические и нагрузочные характеристики. Пьезоэлектрическая керамика, обеспечивая деформацию, пропорциональную величине подведенного электрического напряжения, сама может выступать в роли позиционного исполнительного устройства.
Пьезокерамические ИУ подразделяются на три основные группы: осевые, поперечныеи гибкие.

Осевые и поперечные пьезокерамические ИУ объединены общим названием многослойные пакетные, поскольку представляют собой несколько пьезоэлементов (дисков, стержней, пластин или брусков), собранных в пакет. Для многослойных пакетных ИМ характерно то, что они могут развивать значительное усилие (до 10 кН), при управляющем напряжении 1 кВ и очень малых отклонениях рабочей части (от единиц нанометров до сотен микрон). Многослойные пакетные ИУ относят к мощным.

Гибкие пьезокерамические ИУ (биморфы) развивают, как правило, незначительное усилие при малых (сотни микрон) отклонениях рабочей части, хотя известны пластинчатые биморфы (ленточные ИУ), обеспечивающие усилие до 0,25 кН при отклонении рабочей части до 3 мм. Гибкие ИУ относят к группе маломощных. Перспективным направлением использования пакетных ИУ является управление гидравлическим клапанами.

Ленточные ИУ благодаря высокой чувствительности, относительно большому усилию и величине отклонения используются в качестве сенсорных выключателей и контакторов, закрывающих и открывающих клапанов различного назначения, в том числе для программируемой дозированной подачи (например, лекарств). Приводы в виде составных пакетных и биморфных пьезоэлектрических преобразователей, обладая возможностями тонкого пропорционального или дискретного регулирования, могут выступать в роли быстродействующих приводных элементов гидравлических дросселирующих устройств различного исполнения. Например, на базе биморфных пьезокерамических пластин строятся регуляторы расхода жидкости с дросселями переменной проводимости типа «сопло-заслонка», частота срабатывания которых достигает 1кГц.
К техническим средствам систем управления относят также разнообразные выходные устройства (устройства контактной коммутации) и усилительные устройства (усилители и распределители).

Выходные устройства

Выходные устройства предназначены для передачи командного сигнала на исполнительные механизмы (или на регистрирующие устройства).

К ним относятся:

1. релейные устройства (электромагнитное реле);
2. транзисторная оптопара;
3. симисторная оптопара.

Выходные устройства ключевого типа используются для управления нагрузкой либо непосредственно, либо через мощные управляющие элементы: пускатели, твердотельное реле, тиристоры (или симисторы).

Твердотельное реле (ТТР) – это класс современных модульных полупроводниковых приборов, выполненных по гибридной технологии, содержащих в своем составе мощные силовые ключи на симисторных, тиристорных либо транзисторных структурах. Они с успехом используются для замены традиционных электромагнитных реле, контакторов и пускателей. Твердотельные реле обеспечивают наиболее надежный метод коммутации цепей.

Твердотельное реле KIPPRIBOR представляют широкий диапазон модификаций для коммутации как малых, так и больших токов нагрузки. ТТР KIPPRIBOR обеспечивает надежную гальваническую изоляцию входных и выходных электрических цепей друг от друга, а также токоведущих цепей от элементов конструкции прибора, поэтому применение дополнительных мер изоляции цепей не требуется. Нагрев твердотельных реле при коммутации нагрузки обусловлен электрическими потерями на силовых полупроводниковых элементах. Увеличение же температуры ТТР накладывает ограничение на величину коммутируемого тока, поскольку чем выше температура твердотельного реле, тем меньший ток оно способно коммутировать. Достижение температуры в 40° C не вызывает существенного ухудшения рабочих параметров, а нагрев твердотельного реле в 60°С существенно снижает допустимую величину коммутируемого тока: нагрузка может отключаться не полностью, а само ТТР перейти в неуправляемый режим работы и даже выйти из строя.

Назначение усилительных устройств (усилителей и распределителей) в САУ — усиление по мощности командного сигнала, поступающего с выхода регулятора, для управления исполнительным механизмом.

 Электрические исполнительные механизмы подразделяются на механизмы с контактным и бесконтактным управлением. В первом случае управление производится с помощью реверсивного магнитного пускателя, а во втором — с помощью специального тиристорного или магнитного усилителя.

Выводы

Физический сигнал о состоянии объекта управления поступает в измерительную систему, которая выдает информационный сигнал на устройства сравнения с заданным уровнем сигнала (замкнутые системы) или в систему контроля технологическим процессом (разомкнутые системы). Достоверность информации и ее динамика влияют на вырабатываемый устройством управления сигнал управления, который поступает на вход исполнительного устройства. Исполнительное устройство воспринимает сигнал управления и вырабатывает управляющее воздействие, открывая определенным образом каналы передачи энергии или вещества к объекту управления. Согласованная работа всех технических средств обеспечивает достижение заданной цели управления.