Як і будь-які виконавчі двигуни, вони мають дві обмотки: обмотку збудження і обмотку управління. При цьому напруга управління може подаватися або на обмотку якоря, або на обмотку збудження. Тому розрізняють якірне і полюсне управління виконавчих пристроїв даного типу [8].

Згідно паспортних даних парового котла Д-900 потужність електроприводу не повинна бути меншою ніж 2,2кВт.

З каталогу двигунів типу МИ (таблиця А.1) вибираємо найближчий двигун більшої потужності Рн > Ртр і виписуємо його паспортні дані:

Рн – номінальна потужність (Вт);

nн – номінальна швидкість обертання (об/хв);

Uн – номінальна напруга (В);

Iн – номінальний струм якоря (А);

Rд – опір ланцюга обмотки якоря (Ом);

Jд – момент інерції якоря (кг·м2);

зд – КПД двигуна.

Вибираємо двигун типу МИ-42 (таблиця А.1) з наступними параметрами: Рн = 3,2 кВт; nн = 2500 об/хв; Uн = 110 В; Iн = 36,3 А; Rд = 0,1 Ом; зд = 78 %;

Jд = 0,065 кг·м2.

Вибираємо виконавчий двигун слідкуючої системи, якщо згідно технічного завдання: Jо= 150 кг·м2; Мос= 75 Н·м; щоmax= 0,8 с-1; оomax= 0,55 с-2; зр = 0,75.

Задамося моментом інерції редуктора, приведеного до валу двигуна Jр=1·10-4 кг·м2, знайдемо передавальне число редуктора (2.4)

. (2.4)

.

Потім послідовно визначаємо наступні величини:

- номінальна кутова швидкість двигуна wн (с-1):

wн = pnн/30, (2.5)

wн = 3.14·2500/30=261,7 с-1.

- номінальний момент двигуна Мн (Н·м):

Мн = 9,55Рн/nн. (2.6)

Необхідний момент

, (2.7)

.

Номінальний момент вибраного двигуна рівний:

.

Проведемо перевірку двигуна за наступними умовами:

Мтр/Мн l; (2.8)

wo max iр / wн a; (2.9)

де l – коефіцієнт допустимого перевантаження двигуна по моменту (для двигуна постійного струму l = 10 ); a – коефіцієнт допустимого короткочасного збільшення швидкості двигуна понад номінальну, як правило a = 1,2-1,5.

Отже, отримали відповідні коефіцієнти:

по моменту – 5,38 / 12,22 < 10;

по швидкості – 0,8·77/261,7 = 0,24 < 1,2 .

В результаті перевірок двигуна по моменту і швидкості видно, що він не перевантажений. Отже, двигун МИ-42 вибраний правильно.

Складемо передаточну функцію двигуна постійного струму “кут и – напругу управління”:

, (2.10)

де s – оператор Лапласа;

КДв – коефіцієнт передачі двигуна;

фЯ – електромагнітна постійна часу якоря;

фМ – електромеханічна постійна часу.

Коефіцієнт передачі двигуна постійного струму при якірному управлінні:

(2.11)

КДв = 261,7/110 = 2,38, рад/(В·с).

Електромагнітна постійна часу

(2.12)

Індуктивність якоря, що входить в (2.12), орієнтовно визначається за формулою:

, (Гн) (2.13)

де рМ = 2 – число пар полюсів машини; береться з каталожних даних двигуна;

0,4 – емпіричний коефіцієнт для машин без компенсаційної обмотки.

.

Електромеханічна постійна часу

(2.14)

Таким чином, передаточна функція двигуна постійного струму має вигляд

(2.15)

Передаточна функція редуктора, що безпосередньо зв’язаний з регулюючим вентилем розраховується за формулою kрв = 1/іР = 1/77 ? 0,013.

2.6 Опис структурної схеми САР

Структурною схемою САУ називають таку схему, в якої кожній математичній операції перетворення сигналу відповідає визначена ланка. В залежності від повноти опису та від математичних операцій, які виконують різні ланки можуть бути складені різні структурні схеми.

До складу системи автоматичного регулювання тиску пари в котлі входять такі струкутурні елементи: датчик тиску з вимірювальним перетворювачем, диференціатор, двигун постійного струму, регулюючий вентиль і паровий котел.

Об'єкт регулювання (ОР): паровий котел. Регульована величина y: тиск пари [Па], що вимірюється датчиком з подальшим перетворенням сигналу в струмовий уніфікований сигнал. Регулююча дія u: витрата палива – змінюється за допомогою регулюючого вентиля (РВ), площа прохідного отвору якого [м2] змінюється виконавчим двигуном постійного струму (ДПС) з лінійним виходом. Параметри регулятора для автоматичного управління двигуном не задано, їх потрібно розрахувати.

Система працює наступним чином: сигнал від датчика тиску з вимірювальним перетворювачем у вигляді постійного струму поступає на вхід завадозахищеного диференціатора та на показуючий прилад (індикатор). Далі сигнал з виходу диференціатора поступає на регулятор з типовим законом регулювання. Регулююча дія U відпрацьовується ДПС, який змінює положення регулюючий вентиль, що в свою чергу приводить до зміни витрати Q палива. Живлення всіх пристроїв системи здійснюється від джерела живлення і трансформатора.

Структурна схема САР наведена на рисунку 2.10.

Рисунок 2.10 – Структурна схема САР тиску пари в котлі

3 СИНТЕЗ СИСТЕМИ РЕГУЛЮВАННЯ ТИСКУ ПАРИ В КОТЛІ

3.1 Принцип роботи функціональної схеми

Функціональна схема визначає технічну структуру управляючої системи, елементами якої є технічні засоби автоматики, а зв’язками між ними є лінії зв’язку в системі управління виробництвом.

Функціональна схема управління визначає перелік задач по контролю, управлінню і регулюванню технологічного процесу і показує відносне розміщення засобів автоматики на технологічному обладнанні і постах управління.

На функціональній схемі спрощено зображується технологічне обладнання, а також первинні і вторинні вимірювальні прилади, виконавчі механізми, регулюючі органи, апаратура управління і взаємозв’язки між ними. Технологічне обладнання показують умовними позначеннями без збереження масштабу.

В попередньому пункті були записані передаточні функції кожного з елементів системи. Згідно складених функцій передачі окремих структурних елементів системи складаємо функціональну схему САР тиску пари в паровому котлі для подальших досліджень її динамічних характеристик та стійкості динамічного стану.

Фунціональна схема САР наведена на рисунку 3.1. Вона складається з таких ланок:

датчик тиску – пропорційна ланка (параметр – kДТ).

диференціатор – інтегро-диференційна ланка (параметри – Т3 і Т4).

регулятор – пропорційна, пропорційно-диференційна або пропорційно-диференційно-інтегруюча ланка.

двигун постійного струму – аперіодична ланка другого порядку + інтегратор (параметри – kДв, ф м і ф я).

регулюючий вентиль – пропорційна ланка (параметр – kРВ).

паровий котел – аперіодична ланка другого порядку із запізненням (параметри – k0, ф 1 і Т1).

Рисунок 3.1 – Функціональна схема САР тиску пари в паровому котлі

Функціональна