Klasyfikacja napędów elektrycznych

Siłownik elektryczny w układach sterowania jest powszechnie określany jako urządzenie przeznaczone do poruszania korpusem roboczym zgodnie z sygnałami z urządzenia sterującego.

Ciałami roboczymi mogą być różnego rodzaju zawory dławiące, zawory, zawory, zasuwy, łopatki kierujące oraz inne elementy regulujące i zamykające zdolne do zmiany ilości energii lub substancji roboczej wprowadzanej do obiektu sterującego. W takim przypadku ruch ciał roboczych może być zarówno translacyjny, jak i obrotowy w ciągu jednego lub kilku obrotów. Dlatego mechanizm napędowy za pomocą ciała roboczego oddziałuje bezpośrednio na sterowany obiekt.

Siłowniki to urządzenia, które mechanicznie wpływają na procesy fizyczne, przekształcając sygnały elektryczne w wymagane działanie sterujące. Podobnie jak czujniki, elementy wykonawcze muszą być odpowiednio dopasowane do każdego zastosowania. Siłowniki mogą być binarne, dyskretne lub analogowe.Specyficzny typ dla każdego zadania jest wybierany z uwzględnieniem wymaganej mocy wyjściowej i prędkości.

Ogólnie rzecz biorąc, siłownik elektryczny składa się z siłownika elektrycznego, reduktora, jednostki sprzężenia zwrotnego, czujnika wskaźnika położenia elementu wyjściowego i wyłączniki krańcowe.

Jako napęd elektryczny w napędach elektromagnesy, lub silniki elektryczne z reduktorem zmniejszające prędkość ruchu elementu wyjściowego do wartości umożliwiającej bezpośrednie połączenie tego elementu (wału lub pręta) z korpusem roboczym.

Węzły sprzężenia zwrotnego mają na celu wprowadzenie do pętli sterowania działania proporcjonalnego do wielkości przemieszczenia elementu wyjściowego siłownika, a tym samym połączonego z nim przegubowo elementu roboczego. Za pomocą wyłączników krańcowych wyłączany jest elektryczny napęd napędu, gdy element roboczy osiągnie swoje położenia krańcowe, aby uniknąć ewentualnego uszkodzenia połączeń mechanicznych, a także ograniczyć ruch elementu roboczego.

Z reguły moc sygnału generowanego przez urządzenie regulacyjne jest niewystarczająca do bezpośredniego ruchu elementu roboczego, dlatego też siłownik można traktować jako wzmacniacz mocy, w którym słaby sygnał wejściowy, wielokrotnie wzmacniany, przekazywany jest do element roboczy.

Wszystkie napędy elektryczne, szeroko stosowane w różnych gałęziach nowoczesnych technologii automatyzacji procesów przemysłowych, można podzielić na dwie główne grupy:

1) elektromagnetyczne

2) silnik elektryczny.

Pierwsza grupa obejmuje głównie napędy elektromagnetyczne przeznaczone do sterowania różnego rodzaju zaworami regulacyjnymi i odcinającymi, zaworami, kołami pasowymi itp. siłowniki z różnymi typami sprzęgieł elektromagnetycznych... Cechą charakterystyczną siłowników elektrycznych tej grupy jest to, że siłę potrzebną do przestawienia korpusu roboczego wytwarza elektromagnes, który jest integralną częścią siłownika.

Do celów kontrolnych mechanizmy elektromagnetyczne są generalnie stosowane tylko w układach włącz-wyłącz. W układach sterowania automatycznego często stosuje się jako elementy końcowe sprzęgła elektromagnetyczne, które dzielą się na sprzęgła cierne i sprzęgła ślizgowe.

Druga, obecnie najczęściej spotykana grupa, to siłowniki elektryczne z silnikami elektrycznymi różnych typów i konstrukcji.

Silniki elektryczne zwykle składają się z silnika, skrzyni biegów i hamulca (czasami ten ostatni może nie być dostępny). Sygnał sterujący trafia jednocześnie do silnika i hamulca, mechanizm zostaje zwolniony, a silnik napędza element wyjściowy. Gdy sygnał zanika, silnik wyłącza się, a hamulec zatrzymuje mechanizm. Prostota układu, niewielka ilość elementów biorących udział w tworzeniu działania regulacyjnego oraz wysokie właściwości eksploatacyjne sprawiły, że siłowniki ze sterowanymi silnikami stały się podstawą do tworzenia napędów do nowoczesnych układów automatyki przemysłowej.

Istnieją, choć nie są one powszechnie stosowane, siłowniki z niesterowanymi silnikami, które zawierają mechaniczne, elektryczne lub hydrauliczne sprzęgło sterowane sygnałem elektrycznym.Ich cechą charakterystyczną jest to, że silnik w nich pracuje nieprzerwanie przez cały czas pracy układu sterowania, a sygnał sterujący z urządzenia sterującego przekazywany jest do korpusu roboczego poprzez sterowane sprzęgło

Z kolei napędy z silnikami sterowanymi można podzielić ze względu na sposób budowy układu sterowania mechanizmów ze sterowaniem kontaktowym i bezdotykowym.

Aktywacja, dezaktywacja i zmiana kierunku obrotów silników elektrycznych napędów stykowych odbywa się za pomocą różnych urządzeń przekaźnikowych lub stykowych. To określa główną cechę wyróżniającą siłowniki ze sterowaniem stykowym: w takich mechanizmach prędkość elementu wyjściowego nie zależy od wielkości sygnału sterującego przyłożonego do wejścia siłownika, a kierunek ruchu jest określony przez znak (lub faza) tego sygnału. Dlatego siłowniki ze sterowaniem stykowym są zwykle nazywane siłownikami o stałej prędkości ruchu korpusu roboczego.

W celu uzyskania średniej zmiennej prędkości ruchu elementu wyjściowego napędu ze sterowaniem stykowym szeroko stosuje się impulsowy tryb pracy jego silnika elektrycznego.

Większość siłowników zaprojektowanych do obwodów sterowanych stykowo wykorzystuje silniki odwracalne. Stosowanie silników elektrycznych obracających się tylko w jednym kierunku jest bardzo ograniczone, ale nadal występuje.

Bezkontaktowe napędy elektryczne charakteryzują się podwyższoną niezawodnością i pozwalają stosunkowo łatwo osiągnąć zarówno stałą, jak i zmienną prędkość ruchu elementu wyjściowego.Wzmacniacze elektroniczne, magnetyczne lub półprzewodnikowe oraz ich kombinacje służą do bezkontaktowego sterowania napędami. Gdy wzmacniacze sterujące działają w trybie przekaźnikowym, prędkość ruchu elementu wyjściowego elementów wykonawczych jest stała.

Zarówno sterowane stykowo, jak i bezdotykowe napędy elektryczne można również podzielić według następujących cech.

Po wcześniejszym uzgodnieniu: z ruchem obrotowym wału wyjściowego — jednoobrotowy; z ruchem obrotowym wału wyjściowego — wieloobrotowy; przy narastającym ruchu wału wyjściowego — na wprost.

Ze względu na charakter akcji: akcja pozycyjna; działanie proporcjonalne.

Zgodnie z projektem: w wykonaniu normalnym, w wykonaniu specjalnym (pyłoszczelne, przeciwwybuchowe, tropikalne, morskie itp.).

Wał wyjściowy napędów jednoobrotowych może obracać się w ciągu jednego pełnego obrotu Mechanizmy takie charakteryzują się wielkością momentu obrotowego wału wyjściowego oraz czasem jego pełnego obrotu.

W przeciwieństwie do jednoobrotowych mechanizmów wieloobrotowych, których wał wyjściowy może poruszać się w ciągu kilku, czasem znacznej liczby obrotów, charakteryzuje się również całkowitą liczbą obrotów wału wyjściowego.

Mechanizmy liniowe mają ruch postępowy pręta wyjściowego i są oceniane na podstawie siły działającej na pręt, wartości pełnego skoku pręta, czasu jego ruchu w sekcji pełnego skoku oraz prędkości ruchu korpusu wyjściowego w obrotów na minutę dla jednoobrotowych i wieloobrotowych oraz w milimetrach na sekundę dla mechanizmów liniowych.

Konstrukcja napędów pozycyjnych jest taka, że ​​za ich pomocą korpusy robocze można ustawić tylko w określonych stałych położeniach.Najczęściej występują dwie takie pozycje: „otwarta” i „zamknięta”. W ogólnym przypadku możliwe jest również istnienie mechanizmów wielopozycyjnych. Napędy pozycyjne zwykle nie mają urządzeń do odbioru sygnału sprzężenia zwrotnego położenia.

Siłowniki proporcjonalne są konstrukcyjnie takie, że zapewniają, w określonych granicach, instalację korpusu roboczego w dowolnej pozycji pośredniej, w zależności od wielkości i czasu trwania sygnału sterującego. Takie siłowniki mogą być stosowane zarówno w układach automatyki pozycyjnej, jak i P, PI i PID.

Istnienie napędów elektrycznych zarówno o konstrukcji normalnej, jak i specjalnej znacznie rozszerza możliwe obszary ich praktycznego zastosowania.