AKČNÍ ČLENY POHONY. Elektrické motory Základní vlastností elektrického motoru jsou určeny:

Transkript

1 AKČNÍ ČLENY Prostřednictvím akčních členů působí regulátor přímo na regulovanou soustavu. Akční členy nastavují velikost akční veličiny tj. realizují vstup do regulované soustavy. Akční veličina může mít mnoho forem. V případě, kdy z akčního členu přivádíme do regulované soustavy elektrickou energii, je akční člen tvořen elektrickým výkonovým zesilovačem např. při regulaci teploty. U regulátorů, které na regulovanou soustavu působí neelektricky např. mechanicky, je akční člen složen z regulačního orgánu a z pohonu, který regulačním orgánem pohybuje. POHONY Pohony můžeme rozdělit na pohony určené pro ovládaní regulačních orgánů a na pohony speciální nebo: 1) Podle energie, která je využitá ke konání práce pohonů: - elektrické pohony - pneumatické pohony - hydraulické pohony - mechanické pohony 2) Podle výstupního signálu na: - spojité - nespojité 3) Podle dráhy pohybu jejich výstupní části na: - posuvné - kyvné - rotační 4) Podle chování v čase je dělíme na: - statické - astatické Při řízení procesů jsou na pohony kladeny tyto požadavky: 1) přímočarý pohyb pro ovládání polohy regulačních ventilů a šoupátek v rozsahu řádově 10 až 100mm při silách 100 N až 100 MN 2) úhlové ovládání mechanismu pro ovládání škrtících klapek žaluzií, kohoutů apod. s rozsahy úhlů 90 až 270 a kroutících momentech od 10 do Nm 3) otáčivý pohyb (až desítky otočení) např. pro ovládání šoupátek U pohonů se mohou používat tato přídavná zařízení: 1) zařízení pro zajištění tzv. pasivní bezpečnosti (např. dosažení předepsané polohy, brzda) 2) zařízení pro ruční ovládání regulačního orgánu 3) vysílač skutečné polohy regulačního orgánu (pro ruční ovládání nebo pro vytvoření zpětné vazby) 4) u elektrických pohonů koncové spínače Elektrické pohony Základním prvkem pohonu je elektrický motor. Kromě elektromotorů se používají speciální elektrické pohony jako např. piezoelektrické pohony, lineární pohony, magnetostrikční pohony a elektromagnety. Elektrické motory Základní vlastností elektrického motoru jsou určeny:

2 a) Mechanickou charakteristikou tj. závislostí otáček v ustáleném stavu na jeho zatěžovacím momentu. Podle průběhu této charakteristiky rozlišujeme motory s charakteristikou: - absolutně tvrdou (synchronní) - tvrdou (indukční, stejnosměrné derivační) - měkkou (komutátorové, stejnosměrné sériové) b) jmenovitý výkon c) momentová přetížitelnost d) záběrový moment e) stupeň krytí Rozdělení motorů: - stejnosměrné - indukční - komutátorové - synchronní Stejnosměrné motory Hlavní části: Stator - vytváří stálé magnetické pole, skládá se z kostry s budícím vinutím na stejnosměrný proud a pólů složených z jádra a pólového nástavce. Na pólech jsou cívky, které jsou zapojeny do série tak, aby vzniklo střídání polarity pólů (S-J-S-J). Rotor - je složen z elektrotechnických plechů. Do drážek kotvy jsou vloženy závity vinutí - konce vinutí jsou připojeny na lamely komutátoru. Podle zapojení budicího vinutí s vinutím kotvy rozdělujeme motory: a) motory s cizím buzením b) motory s vlastním buzením. Podle způsobu zapojení je rozdělujeme: b1) motory s paralelním buzením (derivační) b2) motory se sériovým buzením b3) motory se smíšeným buzením Stejnosměrné motory převádí elektrickou energii stejnosměrného proudu na mechanickou práci. Zavedeme - li do cívek kotvy elektrický stejnosměrný proud, bude se kotva otáčet působením magnetického pole vodičů rotoru. Síla působící na každý vodič vinutí kotvy je dána vztahem: (N;T;A,m) B - magnetická indukce ve vzduchové mezeře ϕ - magnetický tok S - plocha pólu I - elektrický proud l - délka vodičů na kotvě Je-li na kotvě N vodičů délky l, je tažná síla motoru: ; l,n,s - jsou stálé, dané konstrukcí F je úměrné ϕ I Pro točivý moment motoru platí ; r - délka ramena tažné síly (je také stálá) M je úměrné ϕ I

3 V kotvě se při otáčení indukuje napětí působící proti přivedenému svorkovému napětí. Jeho velikost je úměrná jako u dynama magnetickému toku a otáčkám (obvodové rychlosti): je úměrné. Potom proud procházející kotvou bude: R - je odpor vinutí kotvy, pomocí pólů a kompenzačního vinutí. Odpor R je malý, proto při rozjezdu vzniká velký proudový náraz. Ten se snažíme zmenšit sériovým zapojením spouštěče do obvodu. Po rozjezdu motoru - čím se kotva otáčí rychleji - tím je indukované napětí větší, rozdíl je menší a tím menší proud motor odebírá. Odběr motoru je závislý na jeho zatížení a řídí se samočinně. Vlastnosti stejnoměrných motorů Posuzujeme je podle charakteristik: Momentová charakteristika - udává závislost momentu na proudu v kotvě Otáčková charakteristika - udává závislost otáček na zatížení proudu v kotvě Motory s cizím buzením Potřebují dva zdroje. Budící tok je nezávislý na napětí kotvy - buzení je stálé - otáčky závisí jen na svorkovém napětí. Má tvrdou otáčkovou charakteristiku - charakteristika je téměř vodorovná přímka. Záběrný moment je omezen pouze odporem spouštěče. Motory s paralelním buzením (derivační) Má také tvrdou otáčkovou charakteristiku. Řízení se provádí změnou toku. Motor se používá při menších požadavcích na rozsah regulace otáček. Motory se sériovým buzením Otáčková charakteristika je měkká - otáčky motoru se zatížením rychle klesají. Záběrný moment motoru je velký, a proto je tento motor vhodný pro trakci - k pohonům jeřábů. Motory se smíšeným buzením Magnetické toky sériového a paralelního budícího vinutí působí buď souhlasně (kompaudní) nebo proti sobě (protikompaudní) Kompaudní - obě vinutí působí stejným směrem, motor má větší záběrný moment než motor s paralelním buzením a otáčky se tolik nesnižují jako u motoru se sériovým buzením. Nehrozí také nebezpečí, že by se při náhlém odlehčení poškodil. Protikompaudní - sériové vinutí působí proti paralelnímu, motor udržuje otáčky při proměnlivém zatížení. Jestliže se zvětší zatížení, otáčky klesnou, sériovým vinutím prochází větší proud, buzení se zeslabí a otáčky se opět zvýší. Stejnosměrné motorky Používají se především v automatizačních zařízeních, hračkách apod. Vlastnosti: - otáčky lze řídit v širokém rozmezí, velký záběrný moment, jsou až 3x lehčí než odpovídající střídavé

4 - nevýhodou je jiskřící komutátor a opotřebovávající se kartáče - vyžaduje údržbu Rozdělení stejnosměrných motorků: - univerzální - s permanentními magnety - budící vinutí je nahrazeno permanentními magnety. Mají jednoduchou konstrukci. Výkon maximálně 10W. - se sériovým buzením - s paralelním buzením - bezkontaktní - krokové Řízení otáček stejnosměrných motorů Otáčky stejnosměrných motorů jsou závislé na napětí a magnetickém toku. Změna smyslu otáčení se dosáhne záměnou vodičů na přívodu ke kartáčům. Brždění stejnosměrných motorů Při brždění stejnosměrný motor pracuje jako dynamo - mechanická práce je motoru dodávána a motor vyrábí elektrickou energii. Tuto energii musíme nějak zpracovat. Brždění provádíme - do rezistorů - indukovaná elektrická energie se v rezistorech změní na teplo - rekuperací do sítě - energie se vrací zpět do sítě (do zdroje) - protiproudem - motor se přepne na opačný chod - elektrická energie ze sítě motor brzdí Krokový motor Je to synchronní motor, jehož charakteristickým znakem je nespojitý pohyb hřídele. Pohyb hřídele je složen z dílčích stejně velkých pootočení tzv. kroků, které jsou odezvou rotoru na řídící impulzy. Napěťové impulzy odpovídají natočení rotoru o jeden krok. Impulzy se přivádí k jednotlivým sekcím statorového vinutí. Zvláštní konstrukce Motory s piezoelektrickým pohonem Princip spočívá v buzení mechanických, vzájemně fázově posunutých kmitů dvou piezosystémů statoru (přiložením napětí na piezokeramickou část se změní její délkový rozměr), které se přenáší třením na rotor, který je ke statoru přitlačován pružinou. Buzení kmitů se děje frekvencemi blízkými rezonanční frekvenci příslušné mechanické části, které se u většiny piezomotorů pohybuje v rozmezí khz, čímž se zvětšuje dosažitelná amplituda mechanických kmitů až na několik mikrometrů. Konstruují se jako lineární nebo rotační. Použití: ve fotoaparátech a kamerách, v robotice. Pneumatické pohony Rozdělujeme je: Podle prvku převádějícího tlak na sílu nebo výchylku na pohony s: membránou pístem vlnovcem speciální Podle způsobu generování pohybu: jednočinné

5 dvojčinné Podle dráhy výstupního prvku: posuvné kyvné rotační Podle signálu: spojité (proporcionální) nespojité Výhody: jednoduché provedení, čistota provozu, vysoká provozní spolehlivost, velké přestavné síly (až ), krátké přestavné doby. Membránové pohony Řídící tlak je od regulátoru zaveden do komory, kde působí na membránu. Nevýhodou je tedy relativně malý zdvih. Pístové pohony Výhody pístových pohonů: velký zdvih (metry), spolehlivost konstrukce, velké síly (desítky kn) nebo momenty (stovky Nm), malý zastavěný prostor a relativně nízká cena. Nevýhodou je velké tření při pohybu (zhoršená přesnost přímého nastavení polohy) a možná netěsnost. Pro přesné polohování se používá přídavné zařízení korektor. Vlnovcové pohony Základem je vlnovec, který je vyroben z bronzu nebo pro vyšší tlaky z nerezové oceli. Pohony speciální Např. pryžové prsty, které sice nemají velkou uchopovací sílu, ale jsou vhodné pro křehké a jemné předměty. Přísavka umožňuje pomocí podtlaku a speciální pryžové hlavice uchopovat předměty s hladkou plochou. Hydraulické pohony Pracovní tlaky používané v hydraulických řídících obvodech dosahují tlaků řádově až desítky MPa. Hydraulické pohony jsou schopné generovat velké síly nebo momenty při malých dobách přestavení a současně při malých rozměrech i tíze pohonů, proto se používají v mobilní technice od pozemních vozidel přes lodě až po letadlovou a raketovou techniku. Pracují obvykle s elektronickým řízením. Nevýhodou je nečistý provoz a problematické používání tam, kde je nebezpečí požáru. REGULAČNÍ ORGÁNY Jsou určeny pro ovládání průtoku plynů, per a kapalin. Podle konstrukce je rozdělujeme na: ventily kohouty šoupátka klapky žaluzie speciální regulační orgány

6