Регулирующее устройство
Полезная модель относится к электротехнике и приборостроению, а именно, к регулирующим устройствам, использующимся в системах автоматического регулирования, снабженных датчиками на основе дифференциальных трансформаторов и исполнительными механизмами постоянной скорости (типа МЭО, МЭП и др.) Заявляемое регулирующее устройство направлено на решение задачи повышения точности регулирования путем обеспечения стабильности зоны нечувствительности и коэффициента передачи при нестабильном напряжении питающей сети. Для достижения указанного технического результата устройство регулирующее, содержащее сумматор, выход которого подключен к первому входу нуль-органа, первый выход которого является выходом устройства, второй выход подключен к входу звена инерционной обратной связи, выход которого подключен ко второму входу нуль-органа, трансформатор питания, вторичная обмотка которого подключена ко входу выпрямителя, нестабилизированный выход выпрямителя подключен к цепям питания и уставки срабатывания нуль-органа. В виду того, что в заявляемом устройстве питание уставки нуль-органа подается с нестабилизированного выпрямителя, выходное напряжение которого пропорционально напряжению питающей сети и выходной сигнал дифференциально-трансформаторных датчиков также пропорционален напряжению питающей сети, то поэтому порог срабатывания нуль-органа, исчисляемый в параметре взаимной индуктивности дифференциально-трансформаторного датчика не будет зависеть от напряжения питающей сети, а т.к. значение взаимной индуктивности в дифференцально-трансформаторных датчиках определяется регулируемым параметром системы регулирования, то, следовательно, зона нечувствительности, исчисленная в значении единицы измерения регулируемого параметра системы, не будет зависеть от напряжения питающей сети.
Полезная модель относится к приборостроению, а именно, к регулирующим устройствам, использующимся в системах автоматического регулирования (CAP), снабженных датчиками на основе дифференциальных трансформаторов и электрическими исполнительными механизмами постоянной скорости.
Системы автоматического регулирования в общем случае могут содержать последовательно соединенные: датчик, регулирующее устройство, усилитель мощности, исполнительный механизм, регулирующий орган и объект управления. Таким образом получается система с отрицательной обратной связью, в которой регулирующее устройство, сравнивая сигналы задания и датчика, вырабатывает сигнал рассогласования, который преобразуется формирователем закона регулирования регулирующего устройства и воздействует через усилитель мощности, исполнительный механизм и регулирующий орган на объект управления, поддерживая регулируемый параметр объекта с необходимой точностью в условиях воздействия на объект различных возмущений. [1]
Очевидно, что точность регулирования зависит от точности параметров элементов системы автоматического регулирования, в частности регулирующего устройства.
Основными параметрами регулирующего устройства являются [2]:
- постоянная времени интегрирования 
u;
- коэффициент передачи 
n;
- зона нечувствительности 
;
- длительность минимального импульса и;
- постоянная демпфера времени Тф;
- стабильность «задатчика»;
- стабильность «нуля» сумматора и др.
Каждый из этих параметров влияет на точность и качество регулирования, соответственно стабильность этих параметров при различных воздействиях условий эксплуатации будет отражаться на точности регулирования. [3]
Известны регулирующие устройства типа Р25.1 (техническое описание и инструкция по эксплуатации гЕ3.222.008 ТО, ОАО МЗТА г.Москва) и типа РП4-П-М1 (техническое описание и инструкция по эксплуатации 2Я.399.537.ТО, ОАО ЗЭИМ г.Чебоксары). Эти регулирующие устройства, хотя и отличаются конструктивно, структурно совпадают. Известные устройства содержат сумматор, выход которого подключен к первому входу нуль-органа, первый выход которого является выходом устройства, второй выход подключен ко входу звена инерционной обратной связи, выход которого подключен ко второму входу нуль-органа, трансформатор питания, первая вторичная обмотка которого подключена ко
входу выпрямителя, выход которого подключен ко входу стабилизатора, выход которого подключен к цепям питания и уставки срабатывания нуль-органа, вторая вторичная обмотка трансформатора питания используется для питания первичной обмотки дифференциально-трансформаторного датчика, вторичная обмотка которого подключается ко входу регулирующего устройства.
Недостатком известных устройств является низкая точность.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является регулирующее устройство РП4-П-М1. Низкая точность этого устройства объясняется следующим.
Основным параметром, характеризующим дифференциально-трансформаторные датчики, является взаимная индуктивность М между первичными и вторичными обмотками. Выходной сигнал на вторичной обмотке определяется формулой:
где U2 - напряжение на вторичной обмотке;
k - коэффициент;
I 1 - ток первичной обмотки;
М - взаимная индуктивность.
Ввиду того, что выходной сигнал диффтрансформатора зависит от тока питания (1), то и сигнал на входе нуль-органа, при котором будет происходить срабатывание нуль-органа, будет зависеть от тока питания, в виду того, что вход уставки запитан от стабилизатора, значение взаимной индуктивности М, при котором будет срабатывать нуль-органа, будет зависеть от напряжения питающей сети.
Коэффициент передачи n известного устройства регулирующего определяется по формуле:
где Uно - выходное напряжение нуль-органа;
k - коэффициент пропорциональности;
Roc - сопротивление цепи обратной связи;
Сос - емкость цепи обратной связи.
Так как входной сигнал устройства U2 (1) зависит от тока питания, следовательно, от напряжения питающей сети, Uно стабилизированное, то общий коэффициент передачи n (2) устройства будет зависеть от напряжения питающей сети, величина допуска которого по нормам ГОСТа достигает -15% до +10%, следовательно, в этих же пределах будет изменяться зона нечувствительности и коэффициент передачи n известного устройства.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи повышения точности регулирования путем обеспечения стабильности зоны нечувствительности и коэффициента передачи при нестабильном напряжении питающей сети.
Для достижения указанного технического результата в регулирующем устройстве, содержащем сумматор, выход которого подключен к первому входу нуль-органа, первый выход которого является выходом устройства, второй выход подключен к входу звена инерционной обратной связи, выход которого подключен ко второму входу нуль-органа, трансформатор питания, вторичная обмотка которого подключена ко входу выпрямителя, нестабилизированный выход выпрямителя подключен к цепям питания и уставки срабатывания нуль-органа.
На чертеже приведена структурная схема заявляемого регулирующего устройства.
Регулирующее устройство содержит сумматор 1, нуль-орган 2, цепь 3 инерционной обратной связи, выпрямитель 4, трансформатор 5 питания. Узлы устройства могут быть реализованы любым известным способом.
На вход регулирующего устройства (вход сумматора 1) поступают сигналы со вторичных обмоток одного или нескольких дифференциально-трансформаторных датчиков, первичные обмотки которых подключены ко вторичным обмоткам трансформатора 5 питания. В сумматоре входные сигналы суммируются с сигналом задатчика, сформированный сигнал рассогласования демодулируется в постоянный ток, этот сигнал с выхода сумматора 1 поступает на первый вход нуль-органа 2 и, в случае, если этот сигнал больше порога срабатывания нуль-органа 2, последний срабатывает и подает сигнал на оба своих выхода. Сигнал со второго выхода нуль-органа 2 поступает на вход цепи 3 инерционной обратной связи, с выхода которого сигнал поступает на второй вход нуль-органа 2.
В виду того, что в заявляемом устройстве питание уставки нуль-органа 2 подается с нестабилизированного выпрямителя, выходное напряжение которого пропорционально напряжению питающей сети, и выходной сигнал дифференциально-трансформаторных датчиков также пропорционален напряжению питающей сети, то поэтому порог срабатывания нуль-органа 2, исчисляемый в параметре М дифференциально-трансформаторного датчика, не будет зависеть от напряжения питающей сети, а т.к. значение взаимной индуктивности в дифференциально-трансформаторных датчиках определяется регулируемым параметром системы регулирования, то, следовательно, зона нечувствительности, исчисленная в значении единицы измерения регулируемого параметра системы, не будет зависеть от напряжения питающей сети, т.е зона нечувствительности будет стабильна.
Ввиду того, что питание нуль-органа 2 в заявляемом устройстве осуществляется от нестабилизированного выпрямителя 4, значение параметра коэффициента передачи n регулирующего устройства, приведенного к значению взаимной индуктивности М
дифференциально-трансформаторных датчиков, не будет зависеть от напряжения питающей сети. Что касается влияния нестабильности питания на работу нуль-органа 2, то, если последние выполнены на операционных усилителях, которые обычно имеют коэффициент влияния напряжения питания на смещение нуля порядка менее 100 мкВ/В, то это составит при номинальных сигналах 10 В величины порядка 0,001%, что по сравнению -15+10% влияния напряжения питающей сети существенно меньше, т.е. коэффициент передачи будет стабилен.
Таким образом, подключение цепи питания и уставки срабатывания нуль-органа к нестабилизированному выходу выпрямителя обеспечивает стабильность зоны нечувствительности и коэффициента передачи, а значит и точности регулирования заявляемого устройства при нестабильном напряжении питающей сети.
Список литературы
1. Ю.С.Яковлев, О.А.Мальгин, А.П.Камчаткин Технические средства локальных CAP. Чувашкнигоиздат - 1973 г.Чебоксары.
2. ГСП. Устройства регулирующие электрические аналоговые с импульсным и непрерывным выходным сигналом. ГОСТ 21693-76, г.Москва.
3. Экспресс-информация «Приборы и элементы автоматики» №20, 1968 г. стр.35, г.Москва
Регулирующее устройство, содержащее сумматор, выход которого подключен к первому входу нуль-органа, первый выход которого является выходом устройства, второй выход подключен ко входу звена инерционной обратной связи, выход которого подключен ко второму входу нуль-органа, трансформатор питания, вторичная обмотка которого подключена ко входу выпрямителя, отличающееся тем, что нестабилизированный выход выпрямителя подключен к цепи питания и уставки срабатывания нуль-органа.
