1.4 Исполнительные устройства

Исполнительные механизмы преобразуют электрическую энергию в механическую или физическую величину для воздействия на управляемый процесс.

Требования к исполнительным устройствам — потребляемая мощность, разрешающая способность, повторяемость результата, рабочий диапазон и т. д. — могут существенно различаться в зависимости от конкретного приложения.

Исполнительные механизмы могут быть бинарными, дискретными и аналоговыми.

1) Бинарные (двухпозиционные) исполнительные механизмы

Очень часто для управления достаточно исполнительных механизмов, имеющих только два рабочих состояния. Эти механизмы называются двухпозиционными или бинарными. Они похожи на электрический выключатель: включен - есть ток, вы­ключен - тока нет. К двухпозиционным исполнительным механизмам, в частности, относятся магнитные клапаны, электромагнитные реле и электронные твердотель­ные выключатели. Для управления такими механизмами достаточно одного – двух бит, которые легко можно получить на выходе управляющего компьютера. Управля­ющий сигнал можно усиливать простым переключателем, а не сложным линейным усилителем.

Электромагнит является преобразователем электрического сигнала в механическое движение. Электромагниты применяются в качестве приводного или управляющего устройства для включения и выключения коммутационных аппаратов; в контакторах, в автоматических регуляторах, для включения или отключения механических, гидравлических, пневматических цепей, для сцепления или расцепления вращающихся валов, открывания и закрывания клапанов, вентилей, заслонок. Электромагниты в данных случаях применятся вместо громоздких и дорогостоящих электродвигателей с редукторами.

Электромагнитные муфты используются в электроприводах и устройствах управления для быстрого включения и выключения приводного механизма, а также для его реверса. В некоторых случаях муфты служат для регулирования скорости и ограничения передаваемого момента.

Муфта — это устройство для передачи вращения от одного вала (ведущего), соединенного с источником энергии, к другому валу( ведомому), связанным с приводным механизмом.

2) Исполнительные механизмы с электроприводом

Составляют большинство исполнительных механизмов, используемых в системах управления.

- шаговые двигатели: обеспечивают фиксированные угловые перемещения, достоинства: высокая точность и отсутствие механических коммутаторов, недостатки: малый вращающий момент и недостаточная скорость.

- двигатели постоянного тока: основной недостаток – наличие механического коммутатора (коллектора).

- асинхронные и синхронные двигатели: широкое применение двигателей переменного тока стало возможным по мере развития силовой электроники.

- сервоприводы: применяются там, где недостаточно точности регулирования обычных общепромышленных преобразователей частоты; обеспечивают: позиционирование с высокой точностью, поддержание момента и скорости с высокой точностью.

Рисунок 1.12 — Структура сервопривода

Сервопривод состоит из серводвигателя (рис. 1.12), внутри которого находиться высокомоментный асинхронный двигатель, фотоимпульсный датчик положения ротора, высокоточный редуктор, электромагнитная муфта и электромагнитный тормоз (в моделях с тормозом). Такой серводвигатель работает совместно с сервоусилителем, который совмещает в себе функции преобразователя частоты и контроллера.

Области применения: устройства для точного размещения и позиционирования, оборудование в электронной промышленности (набивка, раскладка, пайка, точное сверление и т.д.); этикетировочные машины.

3) Управляющие клапаны

Электрически управляемые клапаны, применяются в пневмо- и гидросистемах. Электрический сигнал преобразуется в давление или расход газа или жидкости.