Актуатори су финални елементи управљања. Сигнал из блока за доношење управљачке одлуке има малу снагу да проузрокује жељени ефекат: повећа притисак, температуру или брзину протока итд. Појачавач, као улазни елемент актуатора, појачава сигнал из блока за доношење управљачке одлуке. Појачани сугнал треба конвертовати у неки другачији облик, али са очуваним значењем сигнала. Извршни орган, као финални елемент актуатора који непосредно делује на процес, претвара улазну величину у различите облике: струју – у температуру, електричну снагу – у кретање итд. Извршни органи могу да буду грејачи, вентили и мотори. Актуатор на слици 1.1 представљен је као веза појачавача и извршног органа, који има улогу претварача енергије.

Сл. 1.1 - Место актуатора у систему управљања

Управљање процесом, у зависности од енергије актуатора, може бити електрично, хидраулично и пнеуматско. Хидраулични уређаји користе течност под притиском, најчешће уље, а код пнеуматских уређаја радни флуид је компримовани ваздух или инертни гас. Уређаји флуидне технике налазе велику примену због једноставне конструкције, релативно малих димензија, велике сигурности и трајности, као и могућности преношења велике снаге.

Према начину деловања на процес, актуатори се деле на континуалне и дискретне актуаторе.

Континуални актуатори се примењују када је потребно успоставити вредност излазног сигнала из актуатора у континуалном опсегу. Ако контролер мора да повећа температуру коморе за известан проценат, он мора да буде способан да повећа струју грејача за одговарајући проценат. Ако контролер мора да смањи притисак на неки проценат, он мора да буде у стању да повећа отвор излазног вентила за одређени проценат. Ако контролер мора да повећа време које материјал проводи у комори за сушење, он мора да смањи брзину мотора који покреће материјал кроз сушару.

За операције налик на претходно описане неопходни су извршни опрани са континуално променљивим излазом. То су обично тиристори и мотори , који, као финални елементи актуатора, делују као претварачи, са циљем да произведу жељени ефекат на процес. Као што је познато из електронике, тиристори представљају класу полупроводниичких уређаја за управљање снагом.

Дискретни актуатори се користе за управљање процесима, машинама и опремом чије си променљиве бинарне – могу да имају две могуће вредности: 1 или 0. Ове вредности интерпретирају се као ON (укључено) или OFF (искључено), истинито или погрешно, предмет присутан или није присутан, висок или низак напон итд., зависно од примене.

Електрични извршни органи

1

Зависно од алгоритма управљања, у САУ се користе електрични извршни органи континуалног и дискретног дејства. Овде ће бити разматрани извршни органи континуалног дејства – мотори: извршни органи дискретног дејства.

Електрични мотори, као финални елементи актуатора, извршни органи, треба да испуне више строгих захтева:

-снага мора да превазилази снагу потребну за покретање објекта управљања – процеса његових органа у свим режимима рада;

-као најснажнији елементи управљања треба да имају велику бртину одзива;-управљање излазном величином треба да буде што једноставније и

економичније;-број обртаја треба да се мења у широком опсегу;-могућност промене смера обртања у зависности је од управљачког напона;-приближно линеарна зависност између брзине и обртног момента.

Сервомотори једносмерне струје

Машине једносмерне струје су реверзибилне. Иста машина може да ради као генератор, претварач механичке у електричну енергију, или као мотор, претварач електричне енергије у механички рад. Код мотора једносмерне струје, за исти смер обртања као код генератора, смерови струја у проводницима потора биће супротни. Обрнуто, ако су смерови струја у оба смера исти, смерови обррања биће супротни.

Побудни флукс машина једносмерне струје потиче од струје кроз статорски намотај. Према начину напајања статорског, побудног намотаја, мотори једносмерне струје деле се на моторе са независним н моторе са сопственом побудом. Код независне побуде струја се добија из посебног, страног извора, док мотори са сопственом побудом користе струју роторског намотаја. У зависности од начина везивања побудног намотаја, разликују се мотори са редном, паралелном и сложеном побудом. Слозена побуда остварује се са два побудна намотаја: један је везан редно, а други паралелно на роторски намотај.

Сервомотор једносмерне струје са независном побудом приказан је на слици 1.2. Побудна струја добија се из посебног извора побудног напона на који је

прикључен статорски, побудни намотај. Ротоски намотај напаја се из појачавача једносмерне струје, на чијем улазу делује сигнал грешке Ug.

Сл. 1.2 – Једносмерни редни мотор са независномпобудом

Брзина обртања мотора (број обртаја мотора n) директно је зависна од напона U на који се прикључује роторски намотај, као и од величине механичког оптерећења:

2

где је: R - отпорност роторског намотаја, – струја роторског намотаја која зависи од механичког оптерећења осовине, – конструктивна константа и ф – флукс мотора. Очигледно, управљање брзином обртања мотора једносмерне струје може се остварити на три начина: променом напона U, променом јачине струје ротора –Ii или променом побудног флукса ф (променом пубудне струје). У даљем тексту описано је управљање брзином обртања помоћу промене напона напајања U.

Напон на прикључцима ротора је:

Где је: А – појачање појачавача. Како је индукована електромоторна сила у ротору сразмерна побудном флуксу ф и брзини обртања:

где је – конструкциона константа, напон на ротору је:

Закључује се да брзина ротора приближно чинеарно зависи од сигнала грешке:

Сервомотор једносмерне струје са редном побудом приказан је на слици 1.3. Постоје два побудна намотаја који се прикључују на ротор помоћу преклопника. Са преклопником у положају 1 укњучује се побудни наморај , док се са преклопником у положају 2 укључује намотај . Преклопник мења смер поља, а самим тим и смер обртања ротора. Редна побуда омогућава поуздан рад и једноставну промену смера обртања. Полазни момент је велики. Због велике јачине струје кроз побудне намотаје потребни су масивни проводници, па овај сервомотор није економичан за веће снаге.

Сервомотори једносмерне струје одликују се добрим механичким особинама и линеарном зависношћу броја обртаја од побудног напона . Недостаци су им четкице и колекторм јер се временом хабају, као и неопходан једносмерни напон.

Двофазни сервомотори

Да би се боље разумео принцип рада двофазног сервомотора, у овом одељку биће описани конструкција (Сл. 1.4) и принцип рада двофазног асинхроног мотора, који припада широкој класи индукционих мотора наизменичне струје.

Статор се састоји од два намотаја, међусобно померена за 90°, намотана на феромагнетском језгру. Намотаји статора побуђују се наизменичним струјама, међусобно фазно помереним за 90°. Ова фазна разлика проузрокује обртно магнетно поље око ротора.

3

Ротор је кратко спојен и у његовом намотају се, са обртањем магнетног поља статора, индукују струје које стварају сопствено поље које тежи да се постави у раван са обртним пољем статора. На овај начин, електромагнетна енергија се обртањем ротора претвара у механичку енергију. Ротор може да се обрће у оба смера око осовине. Смер обртања ротора зависи од фазног односа струја кроз намотаје статора.

Брзина обртања ротора у принципу зависи од брзине обртног поља статора, условљене учестаношћу побудних струја. Брзина такође зависи и од отпорног момента оптерећења које треба да савлада ротор као и од јачине обртног поља статора, која

зависи од амплитуда побудних струја. Управљање брзином обртања мотора одвија се кроз управљање амплитудом и фазом побудних струја.

Сл. 1.3 – Двофазни асинхрони мотор

На слици 1.3 приказана је поједностављена шема двофазног асинхроног сервомотора. Један од два намотаја статора прикључен је на референтн напон и константне амплитуде и фазе – побудни напон па се назива побудни намотај. Други, управљачки намотај, просторно померен за 90° у односу на побудни намотај, прикључен је на излаз појазаваза сигнала грешке. Амплитуда струје кроз управљачки намотај је функција појачаног сигнала грешке , а њена фаза је померена за 90° у односу на струју кроз побудни намотај.

Управљање двофазним асинхроним мотором могуће је на два начина. Када фазни померај између управљачког и побудног напона износи 90°, са променом амплитуде управљачког напона мења се и обртни момент мотора. Када је амплитуда управљачког напона константна, променом фазног помераја између управљачког и побудног намотаја од -90° до 90° нења се смер обртања ротора. Смер обртања зависи од тога који од два напона – или – фазно предњачи.

Ефекти примене двофазних асинхроних мотора огледају се у повећању брзине мотора са порастом амплитуде сигнала грешке и опадањем брзине, када грешка постаје мања. Износ промене зависи од оптерећења мотора.

Једноставна конструкција, без клизних прстенова и четкица, коришћење појачавача наизменичне струје и једноставно одржавање су одлике двофазних асинхроних мотора. Као извршни органи управљања користе се када на осовини нису потребне велике снаге (од 1 до 1000W).

Корачни мотори

4

Код већине електричних мотора ротор се континуално обрће, при чему постоји директан однос између брзине обртања и параметара напајања (напон, струја, учестаност). Ко0рачни (step) мотор је електромеханички инкрементални извршни орган који инвертује дигиталне улазне импулсе у померај излазне осовине мотора. Код корачних мотора постоји директан однос између фиксне, стабилје позиције ротора и

конфигурације напајања. Померај између две стабилне позиције (равнотежних стања) ротора постиже се са једном конфигурацијом или више конфигурација напајања, при чему је број позиција одређен конструкцијом мотора и конфигурацијом напајања.

Статор садржи одређени број полова, са посебним намотајима на сваком полу. Сваки од намотаја напаја се посебно једносмерном струјом.

Ротор је стални магнет. Ако је редослед напајања изведен по редоследу полова, ротор ће тежити да се постави у правцу поља оног пола који је у том тренутку побуђен. То резултује

инкрементним обртањем ротора корак по корак, одакле и потиче назив мотора. Онолико колико мотор има полова по статору (назовимо то n) толико он има инкремент обртања 1/n.

Сл. 1.4 – Корачни мотор

Корачним мотором управља се помоћу правоугаоних импулса, чији су таласни облици приказани на слици. Очигледно, кретање корачног мотора је дигитално, па се њиме управља помоћу дигиталних система – рачунара. Када се користе исправно и без преоптерећења, могуће је изоставити сензоре положаја и повратну спрегу, чиме се смањује цена и повећава поузданост. Добар пример из текстилне индустрије је кретање иглче на шиваћој машини током рада – број корака може да буде веома велики у зависности конструкције.

Корачни мотори се користе у савременим САУ када постоји потреба за инкременталним кретањем као код нумеричког управљања алатним машинама и роботима. Инкрементално кретање среће се и код рачунарских периферијских уређаја: штампача, јединица трака и дискова, као и у системима управљања процесима итд.

Хидраулични извршни органи

5

Хидраулични актуатори као радни флуид користе уље које долази у хидраулички појачавач из хидроагрегата, чији је задатак да обезбеди енергију стварањем притиска радног флуида. Хидроагрегат садржи електромотор, пумпу, резервоар за радни флуид и помоћне делове за спајање, заптивање и управљање. Шематски приказ хидрауличног актуатора (везе хидроагрегата, хидрауличног појачавача и хидрауличног сервомотора) дат је на слици.

Хидраулични извршни органи имају задатак да енергију течности, добијену из хидроагрегата преко хидрауличниј појачавача, претворе у механичи рад са линеарним или обртним кретањем. Погодни су нарочито када су потребне велике механичке снаге.

Хидраулични сервомотор представља извршни орган са континуалним обртањем у широком опсегу брзина од 10 до 3500 обртаја у минуту. Ако су истих димензија као електрични мотори имаји већу механичку снагу. Могу да раде са константним или променљивим обртним моментом. Конструкција хидрауличних сервомотора не разликује се од конструкције хидрауличних пумпи. Најчешћи су зупчасти, крилни и клипни сервомотори.

Сервомотори са линеарним кретањем називају се хидраулични цилиндри. Израђују се у два облика, као цилиндри и као двосмерни цилиндри.

Сл. 1.5 – Хидраулични актуатор

Једносмерни цилиндри

Једносмерни цилиндар реагује на притисак само са једне стране. Повратни ход врши се посредством опруге. Хидраулични актуатор са једносмерним цилиндром приказан је на слици. Помоћни извор енергије је притисак уља у резервоару. Течност из резервоара доводи се, посредством пумпе у цев која спаја хидраулични појачавач и једносмерни цилиндар.

Улазна величина ѕ је електрични сигнал који делује на елекртомагнет, чије је језгро механички повезано са клипом хидрауличног појачавача. Када се овај клип помери тако да затвори одводну цев, кроз коју се течност из појачавача враћа у резервоар, а отвори цев према једносмерном хидрауличном цилиндру, течност под притиском делује на клип цилиндра и потискује га. На тај начин се остварује линеарно померање у, које делује на процес.

Двосмерни цииндри

6

Двосмерни цилиндри имају клип који се креће у једном или у другом смеру, у зависности од величине притиска Р1 и Р2 који делују са обе стране клипа.

Електрохидраулични појачавач сличан је разводнику или затварачу. Двоструки клип појачавача покреће се под дејством електромагнета који се побуђују сигналима U

и U . То су обично сигнали из електронског појачавача грешке.Под дејством управљачког напона Up, језгро електромагнета које је механички

спрегнуто са двоструким клипом хидраулично појачавача помера се у лево, тако да се довод у цилиндар појачавача затвара.Електрохидраулични појачавачи дају снагу до 100kW, а коефицијент појачања достиже велике вредности – и до 100000.

Пнеуматски извршни органи

Код пнеуматских актуатора, радни флуид, компримовани ваздух, или инертни гас доводе се у пнеуматски појачавач из компресора. Ваздух не захтева цеви, што представља предност пнеуматских у односу на хидрауличне уређаје. Широко су коришћени, јер температурне промене не мењају физичка својства ваздуха. Ваздух, такође, није експлозиван, нити изазива пожар, а осим тога, не подлеже радијационим нити маглетским утицајима.

Пнеуматски цилиндри

Пнеуматски цилиндри врло су слични хидрауличним цилиндрима али немају повратни извод кроз који би се флуид враћао у резервоар. Стални притисак флуида у пнеуматским уређајима одржава се помоћу компресора, па нема резервоара, а флуид се кроз одводну цев испушта из цилиндра. Према конструкцији, пнеуматски извршни органи се деле на клипне (Пнеуматски цилиндри) и мембранске.

Једносмерни пнеуматски мотор са мембраном – када је управљачки притисак једнак нули, еластична мембрана није напрегнута. Сила притиска која делује на мембрану уравнотежава се силом опруге круто спрегнуте мембраном и кретање мембране се премоси на процес.

Двосмерни пнеуматски мотор са мембраном – Уп'рављачи притисак делује кроз горњи или одњи отвор. Мембрана се извија у правцу деловања притиска па је кретање (у), које се преноси на процес – двосмерно, у зависности од тога кроз који отвор делује управљачки притисак.

Вентили

7

Код управљања технолошким процесима, када је управљана променљива – проток, носилац енергије кроз процес, као извршни органи се користе вентили, засуни, заклопке, итд. Типични представник ове класе извршних органа је регулациони вентил. Он се поставља на цевовод за транспорт флуида. Регулација протока заснива се на промени површине пропусног отвора у цевоводу. У зависности од радне тачке, односно протока, регулациони вентил има одређено појачање и линеарност.

Постоје различита конструкциона решења регулационих вентила и одговарајућих погонских компонената – мотора, који некада чине и целину. На слици су упрошћено приказани једноседи и двоседи вентил. Основни део вентила је чеп, причвршћен за манипулативно вретено које је механички спрегнуто са осовином електричног, мембранског или клипног мотора (моторни део вентила није наслици). Под дејством мотора вретено вентила се помера доле или горе, повећавајући или смањујући на тај начин отвор седишта чепа, чиме се управља протоком флуида.

Једноседи регулациони вентил има само један чеп и стога само једну пропусну површину Ѕ (отвор седишта чепа) кроз коју може тећу флуид. Зависност површине пропусног отвора Ѕ од помераја манипулативног вретена условљена је обликом чепа. Једноставна конструкцоја и лако затварање су предности једноседог вентила. Основни недостатак једноседог вретена је сила која, услед протока Q, делује на вретено. Ова сила сразмерна је разлици притисака р1 и р2 пре и после седишта чепа и површини Ѕ и расте са падом притиска на вентилу:

Сила F супротставља се сили погонског дела вентила, није довољна за мотор који покреће вретено. Уз то, мотор мора да савлада и ту силу.

Код двоседог вентила овај недостатак је отклоњен јер се, услед протока Q, на манипулативном вретену стварају силе и које се међусобно поништавају:

Недостаци двоседог вентила су сложенија конструкција (два чепа) и немогућност доброг затварања обе пропусне површине истовремено.

Основни параметри који дефинишу регулациони вентил су коефицијент протока (назива се и константа вентила), проточна карактеристика, номинални отвор NO (у милиметрима) и номинални притисак NP (у барима). Приликом избора ових параметара узимају се у обзир карактеристике флуида који протиче кроз вентил.

На слици је приказан систем за одређивање параметара вентила. Систем садржи пумпу која обезбеђује проток флуида кроз отворен вентил. Нека је флуид обична вода температуре 15°С. При протоку Q, притисак на излазу из пумпе је . Вода пролази кроз вентил и утиче у резервоар са константним притиском .

Коефицијент протока изражава могућност протока флуида кроз регулациони вентил. Коефицијент протока одређује се из израза за проток воде:

се дефинише за максимални проток кроз вентил, када је овај потпуно отворен, на температури воде од 15°С и када разлика притиска износи .

8

Уређаји са дискретним дејством

Основни сензор и упрабљачка компонента дискретних система је контакт. Контакт може да буде део контролера или машине којом контролер управља. Контакти могу да буду гранични, дугме, полуга или било који други, електромеханички, електрооптички, пнеуматски и хидраулични уређај који има два стања: затворен и отворен. Контакти могу да се затворе или отворе акцијом управљања, механичком акцијом (гранични прекидач или граничник активиран препреком), људском акцијом (притисак на дугме), присуством предмета обраде (оптички или сензор близине) итд. У даљем тексту биће описани уређаји са дискретним дејством на процес: соленоид, релеј и гранични прекидач.

Соленоид

Намотај са феромагнетним језгром – соленоид је електромеханички извршни орган који се користи за отварање и затварање вентила, електричних контаката и других механичких уређаја.

Соленоид је везан за напајање преко прекидача. Када се прекидач затвори, кроз намотај протекне струја која производи магнетно поље, које је највећим делом концентрисано у намотају. Силе магнетног поља привлаче језгро ка центру намотаја. Када се прекидач отвори, струја се искључи, а опруга за коју је причвршћено језгро – повлачи језгро из намотаја.

Потенцијални проблем соленоида лежи у опасности од изненадних престанака напајања, при чему опруга повлачи језгро из намотаја што може да има штетне последице по одвијање процеса.

Релеји

Релеј (енг. Relay) је елемент актуатора који под дејством управљачког сигнала врши прекопчавање у електричним колима. Зависно од количине електричне енергије коју треба прекопчати, потребно је имати један ниво или више нивоа релеја. Према физичкој пророди величине која побуђује релеј, разликују се: електрични, опрички, термички, акустички, хемијски, манометарски и механички релеји. Постоје и полупроводнички релеји, који, због сличног понашања могу да се третирају као уређаи еквивалентни електромеханичким релејима, мада им електричне карактеристике нису исте.

Идеална релејна карактеристика приказана је на слици 1.6. Излазна величина мења се у скоку, тренутно, при одређеним вредностима улазне величине. Када елазна величина расте: , излазна величина не мења вредност: . За излазна величина тренутно скаче на вредност . Даљи пораст х не одражава се на излазни

9

сигнал. Ако х опада, почевши од вредности , излаз се не мења, све док не достигне вредност : тада излазна величина тренутно опада са на првобитну вредност . Даље смањење улазне величине х не утиче на излаз.

Електромагнетни релеј је електромеханички претварач. Улазни, управљачки сигнал је електрична величина која се претвара у механичку величину – померање котве, а затим се, кроз отварање/затварање контакта, на излазу остварује опет електрични сигнал.

Сл. 1.6 – Идеална релејна карактеристика

Основна компонента релеја – контакт има два стања:-затворен контакт – проводи струју и-отворен контакт – не проводи струјуПрема облику, контакти могу да буду:-тачкасти, за мале и средње снаге, и-равни, за веће снаге.Према функцији, контакти релеја могу да буду:-Нормално отворени (Н.О.), када је побудни, управљачки сигнал једнак нули;

када се релеј активира, контакт се затвори (електрична кола за стартовање неког уређаја).

-Нормално затворени (Н.З.), када је побудни, управљаки сигнал једнак нули (електрична кола за заштиту) и

-Преклопни, сложенији иод друга два типа контаката. Када се релеј активира, средњи контакт се одваја од доњег и спаја са горњим контактом.

Сл. 1.7 – Релеј као електромеханички претварач

У раду релеја контакти трпе највећа оптерећења. Контактна пера морају да сачувају еластичност при великом броју операција. При укључењу већих струја, оптерећење доводи до варничења које ишчезава када се контакти споје. Контакти треба да обезбеде сигурност електричног споја (малу прелазну отпорност), дуг радни век, да без оштећења прекопчају снагу за коју је релеј предвиђен, и да буду отпорни на спољашње утицаје, као што су промена температуре и повећана влажност.

Електромеханички релеј – када кроз намотај електромагнета тече струја, котва је у неутралном положају и контакти су нормално отворени. Када кроз намотај тече струја, језгро се намагнетише и електромагнетном силом привлачи котву, која помера навише доњи контакт. Контакти се затварају и на излазним прикључцима добија се сигнал који делује на управљано електрично коло. По отварању прекидача, језгро се размагнетише. А опруга враћа котву у неутралан положај и контакти се отварају. Поред описаног типа релеја са нормално отвореним контактима постоје и релеји са нормално затвореним контактима. Код ових других, побуда релеја отвара контакте.

10

Релеји су погодни за дискретно дејство у управљању оптерећењима једносмерне струје и напона, до практичних граница дозвољене снаге релеја. Користе се за повећање температуре процеса помоћу електроотпорних грејача, када једноставно дискретно упревљање даје задовољавајуће резултате. Такође, могу да се користе за дискретно управљање притиском и протоком, деловањем на вентил који се отвара или затвара акцијом електромагнета.

Терморелеј је електротермички претварач, чији се рад заснива на физичком закону по коме тела, са птоменом температуре мењају и заапремину. На излазу из терморелеја добија се сигнал сразмеран мереној температури.

Пример релејног претварања температуре је биметал. Биметал је спој две плочице од различитих метала (хром – бакар, или хром – алуминијум), чији су коефицијенти топлотног ширења различити. Са порастом температуре, биметал се савија на страну оног метала који има мањи коефицијент топлотног ширења.

Ако се на обе стране биметала ставе електрични контакти биметал савијањем и враћањем у првобитни положај додирује један или други контакт и затвара на тај начин неко спољашње коло за регулацију температуре или заштиту.

Сл. 1.8 – Биметал

Терморелеји се користе у системима аутоматске регулације, где није потребна континуална промена температуре, већ одржавање температуре неког тела, односно средине, у интервалу две унапред задате температуре. Када температура просторије порасте изнад дозвоњене вредности, излазни сигнал из терморелеја укључује аларм или аутоматски систем за гашење пожара. Терморелеји се користе у индустрији за зправљање заштитом од прегревања машине, када се она помоћу излазног сигнала из терморелеја аутоматски зауставља. У инсталацијама се терморелеји користе као аутоматски прекидачи, односно осигурачи за заштиту од струје јаче од дозвољене вредности. Терморелеји налазе примену у апаратима за домаћинство – у термостатима, термоакумулационим пећима, бојлерима итд.

Гранични прекидачи

Гранични прекидачи су електромеханички елементи који под дејством механичке силе мале јачине затварају један контакт или више електричних контаката. Називају се и механички релеји, а због малих димензија и сила малог интензитета која их активира и микропрекидачи.

У аутоматици се гранични прекидачи примењују првенствено као гранични контакти. Постављају се тако да их покретни део механизма којим се управља, при

11

свом кретању, аутоматски активира или деблокира. У суштини, крајњи прекидачи спадају у бинарне сензоре који индицирају два могућа стања процесне променљиве. Ова стања могу да буду присуство или одсуство радног предмета на одређеном месту, крајњи или неки други положај покретног дела машине и слични бинарни услови.

Контакти крајњих прекидача могу, на пример, да искључе уређај који покреће механизам па се он зауставља на одређеној граници. Крајњи прекидачи аутоматски спречавају да покретни предмет пређе преко сигурносне или одређене границе (приликом отварања или затварања затварача, приликом кретања крана итд). Примењују се у уређајима за заштиту од нежељеног уласка у просторије (алармни уређаји). Конструкција крајњих прекидача може да буде различита зависно од услова примене. Израђују се са полугама разних облика, као тастери, точкићи и др. Кућишта могу да буду непромочива или херметички затворена. Електрични контакти изграђују се за различите снаге.

СПРЕГА ИЗМЕЂУ ИЗВРШНИХ ОРГАНА И ПРОЦЕСА

Поред директне спреге сервомотора и процесам њихово механичко повезивање остварује се помоћу спојница и редуктора. Ови механички елементи одликују сес са сигурношћу, великом стабилношћу при промени физичких услова, чак, у извесним случајевима и малим димензијама.

Електромеханичке спојнице

Спојница (квачило) преноси обртни момент са осовине сервомотора на осовину објекта управљања. Електромеханичке спојнице одликују се управљањем путем електричних сигнала, малом сопственом инерцијом, односно великом брзином реаговања и приближно линеарном зависношћу обртног момента од угаоне брзине осовине. Ово последње веома се тешко постиже са механичким спојницама.

Фрикциона електромагнетна спојница

Фрикциона електромагнетна спојница – кућиште се окреће заједно са улазном осовином, са којом чини целину. У унутрашњости кућишта налазе се наставци у облику прстенова. Излазна осовина има наставке у облику дискова од магнетног материјала. Када на електромагнет који належе на кућиште делује напон, кућиште и наставци се намагнетишу, па долази до аксијалног померања излазне осовине. Дискови, наставци излазне осовине споје се са наставцима кућишта и због повећаног трења (дискови су обложени погодним материјалом), обртни момент улазне осовине преноси се на излазну осовину. Тако се кретање сервомотора преноси на објекат управљања.

Фрикциона спојница ради на принципу укључено – искључено (on – off). Користи се у једноставним случајевима, јер не врши промену обртног момента и угаоне брзине.

12

Спојница са вртложним струјама

Спојница са вртложним струјама – назива се и асинхрона спојница, због сличности са асинхроним мотором.

Кроз намотаје на кућишту тече једносмерна струја. Излазна осовина са ваљком предствавља ротор спојнице. Због обртања електромагнета са кућиштем у унутрашњости спојнице ствара се обртно магнетно поље. У ваљку ротора, обртно магнетно поље индукује вртложне струје и ствара обртни моменат. Моменат на излазној осовини сразмеран је клизању мотора:

Сл. 1.9 – Спојница са вртложним струјама

Однос брзина може да се мења у широком опсегу (100:1), али са повећањем клизања расту и губици. Обртни моменат је приближно константан, осим за мале вредности клизања, када врло брзо опада на нулу.

Спојница са магнетним флуидом

Спојница са магнетним флуидом, као и спојница са вртложним струјама, ради на принципу асинхроног мотора.

Улазна осовина има наставак са намотајем електромагнета. Унутрашњост кућишта испуњена је магнетним флуидом, мешавином машинског

Сл. 1.10 – Спојница са магнетним флуидом

уља и гвозденог праха. Када кроз намотај електромагнета протече струја, магнетни флуид се намагнетише и честице гвозденог праха постављају се у правцима магнетног поља. Преко намагнетисаног флуида ствара се чврста веза између наставака улазне и излазне осовине. Излазна осовина прима на себе део обртног момента.

Редуктори

13

Редуктори су преносници механичког кретања са зупчаницима.

дискови који по ободу имају зупце. Ови механички елементи преносе кретање без клизања. Основни облици спрегнутих зупчаника приказани су на слици %.

Сл. 1.11 – Облици спрегнутих зупчаника

Редуктори се у аутоматском управљању широко примењују за механичко прилагођавање сервомотора и објекта управљања. Електрични и хидраулични сервомотори имају велики број обртаја. Насупрот томе, у управљању се најчешће среће захтев за прецизним померањем објекта управљања са малим бројем обртаја. Осим тога, електрични сервомотори имају обично мали моменат, а за покретање објекта управљања тражи се велики обртни моменат.

Пренос обртног кретања са сервомотора на осовину објекта управљања најчешће се врши помоћу хидрауличних зупчаника.

Редуктори треба да имају што већу тачност (што мањи мртав ход), мале губитке енергије и мали сопствени моменат инерције.

Сл. 1.12 – Шематски приказ спреге сервомотора и процеса

14