Файл: Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок учеб. пособие.pdf

1. Сложность сельскохозяйственных объектов с точки зрения авто­ матизации производственных процессов в них, обусловленная зави> симостью регулируемых параметров (температуры воздуха и почвы, влажности и др.) от внешних и внутренних воздействующих факторов и их взаимосвязью; в свою очередь воздействующие факторы изме­ няются в течение суток и тем более в разные периоды года.

2. Необходимость контроля регулируемого параметра (например, температуры) во многих точках сельскохозяйственных объектов.

3.Сложность точного измерения температуры в некоторых сель­ скохозяйственных установках (например, температуры зерна в про­ цессе сушки).

4.Необходимость регулирования теплового режима применительно

кживым организмам (животные, птицы, растения).

Всвязи с этим, помимо основных требований, которым должна удовлетворять любая замкнутая система САР, а именно: система должна быть устойчивой, погрешность САР в установившемся режиме должна быть не выше заданной, система должна обладать необходи­ мым качеством переходного процесса, в системах автоматического регулирования электронагревательных сельскохозяйственных уста­

новок первостепенное значение имеет н а д е ж н о с т ь р а б о т ы с и с т е м . Повышение надежности САР может быть достигнуто при­ менением высоконадежных элементов автоматики и в первую очередь решением задач автоматизации на бесконтактном принципе с помощью полупроводниковой техники.

Повышение качества регулирования температуры в каждом из контролируемых объектов при большом числе объектов с электрона­ гревательными установками, расположенными вблизи друг от друга (птичники с электробрудерами, парники, теплицы и пр.), может быть достигнуто путем замены автономных регуляторов температуры (число которых достигает 400 в одном птичнике) многоточечными регулято­ рами температуры.

22.2.СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ

ИТЕМПЕРАТУРЫ

Схема включения и количество нагревательных элементов опре­ деляется мощностью установки, ее назначением и требованиями

крегулированию мощности. Согласно известной формуле

(22- 1)

мощность электронагревательной установки можно регулировать изменением питающего напряжения или сопротивления нагреватель­ ных элементов.

Питающее напряжение сельскохозяйственных установок обычно принимается равным напряжению сети 380/220 В. Для установок с повышенной опасностью обслуживания (особо сырые помещения,

361

установки с открытыми нагревательными элементами и т. п.) приме­ няется пониженное напряжение 36, 24 или 12 В.

Для регулирования мощности и управления тепловым режимом электронагревательных установок широко используется способ пере­ ключения нагревательных элементов на разные напряжения. В одно­ фазных установках возможно переключение элементов с фазного напряжения на линейное и обратно; в трехфазных установках — пере­ ключение со «звезды» на «треугольник». В установках с нагреватель­ ными элементами, работающими на пониженном напряжении, ступен­ чато изменяют вторичное напряжение понижающего трансформатора.

Регулирование мощности и температуры изменением сопротивления нагревательной установки достигается путем изменения схемы вклю­ чения нагревательных элементов. Для этого в каждой фазе предусмат­ ривается несколько секций нагревательных элементов, которые можно включать поочередно или все полностью, последовательно, параллельно или последовательно-параллельно и т. п. Все это в сочетании с пере­ ключением со «звезды» на «треугольник» позволяет получить широкий диапазон регулирования мощности электронагревательной установки, а следовательно, и температурного режима. Такой способ регулирова­ ния мощности и температуры сельскохозяйственных электроустановок имеет наибольшее распространение.

П р и п о с т о я н н о й м о щ н о с т и нагревательных устано­ вок регулирование температуры осуществляется путем включения и отключения нагревательных элементов. Операции по включению и выключению нагревательных элементов осуществляются вручную или автоматически. Для этого используются рубильники, пакетные выключатели, магнитные пускатели, контакторы и другие коммути­ рующие аппараты.

Регулирование температуры воздуха в животноводческих помеще­ ниях, хранилищах сельскохозяйственной продукции, сушилках, теп­ лицах п ри п о с т о я н н о й т е п л о п р о и з в о д и т е л ь н о с т и установки осуществляется путем усиления или уменьшения действия вентиляции, то есть изменением производительности вентилятора.

В электробрудерах температурный режим регулируется измене­ нием высоты подвеса брудера и схемы включения (параллельное или последовательное включение групп ламп).

Для регулирования мощности электродных водонагревателей ча­ стично перекрывают пути прохождения тока между электродами. Темпе­ ратура воды в проточных водонагревателях регулируется изменением подачи воды.

22.3. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

По принципу регулирования все системы автоматического регули­ рования подразделяются на четыре класса.

1. Система автоматической стабилизации— система, в которо регулятор поддерживает постоянным заданное значение регулируемого параметра.

352

2.Система программного регулирования — система, обеспечиваю­ щая изменение регулируемого параметра по заранее заданному закону (во времени).

3.Следящая система — система, обеспечивающая изменение регу­

лируемого параметра в зависимости от какой-либо другой вели­ чины.

4. Система экстремального регулирования — система, в которой регулятор поддерживает оптимальное для изменяющихся условий значение регулируемой величины.

Для регулирования температурного режима электронагреватель­ ных установок применяются в основном системы двух первых классов.

Системы автоматического регулирования температуры по роду

ные типы регуляторов — к САР непрерывного действия. Ниже рас­ смотрены основные особенности позиционных, пропорциональных, интегральных и изодромных регуляторов, имеющих наибольшее

объекта регулирования /, датчика температуры 2, программного устройства или задатчика уровня температуры 4, регулятора 5 и исполнительного устройства 8. Во многих случаях между датчиком и программным устройством ставится первичный усилитель 3, а между регулятором и исполнительным устройством — вторичный усили­ тель 6. Дополнительный датчик 7 применяется в изодромных системах

ления.

* Изодромный в переводе значит «равнобегущий»; этот термин сохранился с тех пор, когда решалась задача обеспечения постоянного числа оборотов паровых двига­ телей при автоматическом регулировании.

363

22.4. ПОЗИЦИОННЫЕ (РЕЛЕЙНЫЕ) РЕГУЛЯТОРЫ ТЕМПЕРАТУРЫ

П о з и ц и о н н ы м и называют такие регуляторы, у которых регулирующий орган может занимать два или три определенных поло­ жения. В электронагревательных установках применяются двух- и трехпозиционные регуляторы. Они просты и надежны в эксплуатации.

На рис. 166 показана принципиальная схема двухпозиционного регулирования температуры воздуха (в животноводческом помещении,

Рис. 166. Принципиальная схема двухпозиционного регулирования температуры воздуха:

/ — объект регулирования; 2 — измерительный мост; 3 — поляризованное реле; 4 — обмотки возбуждения электродвигателя; 5 — якорь электродвигателя; 6 — редуктор; 7 — калорифер.

теплице и др.). Для контроля температуры в объекте регулирования / служит термосопротивление ТС, включенное в одно из плеч измери­ тельного моста 2. Величины сопротивлений моста подбираются таким образом, чтобы при заданной температуре мост был уравновешен, то есть напряжение в диагонали моста равнялось нулю. При повыше­ нии температуры поляризованное реле 3, включенное в диагональ измерительного моста, включает одну из обмоток 4 электродвигателя постоянного тока, который с помощью редуктора 6 закрывает воз­ душный клапан перед калорифером 7. При понижении температуры воздушный клапан полностью открывается.

364

При двухпозиционном регулировании температуры количество подаваемого тепла может устанавливаться только на двух уровнях — максимальном и минимальном. Максимальное количество тепла должно быть больше необходимого для поддержания заданной регулируемой температуры, а минимальное — меньше. В этом случае температура воздуха колеблется около заданного значения т„, то есть устанавли­ вается так называемый а в т о к о л е б а т е л ь н ы й р е ж и м (рис. 167, а). Линии, соответствующие температурам тн и тв, опре­ деляют нижнюю и верхнюю границы зоны нечувствительности. Когда температура регулируемого объекта, уменьшаясь, достигает значе­ ния тн, количество подаваемого тепла мгновенно увеличивается и температура объекта начинает возрастать. Достигнув значения тв, регулятор уменьшает подачу тепла, и температура понижается. Ско-

Рис. 167. Временная характеристика двухпозиционного регулирования (а) и статическая характеристика двухпозиционного регулятора (б).

рость повышения и понижения температуры зависит от свойств объекта регулирования и от его временной характеристики (кривой разгона). Колебания температуры не выходят за границы зоны нечувствитель­ ности, если изменения подачи тепла сразу вызывают изменения темпе­ ратуры, то есть если отсутствует з а п а з д ы в а н и е р е г у л и ­

р у е м о г о о б ъ е к т а .

С уменьшением зоны нечувствительности амплитуда колебаний температуры уменьшается вплоть до нуля при тн — тв. Однако для этого требуется, чтобы подача тепла изменялась с бесконечно большой частотой, что практически осуществить чрезвычайно трудно. Во всех реальных объектах регулирования имеется запаздывание. Процесс регулирования в них протекает примерно так.

При понижении температуры объекта регулирования до значения т„ мгновенно изменяется подача тепла, однако из-за запаздывания температура некоторое время продолжает снижаться. Затем она повы­ шается до значения тв, при котором мгновенно уменьшается подача тепла. Температура продолжает еще некоторое время повышаться, затем из-за уменьшенной подачи тепла температура понижается, и процесс повторяется вновь.

365

На рис. 167, б приведена с т а т и ч е с к а я х а р а к т е р и ­ с т и к а д в у х п о з и ц и о н н о г о р е г у л я т о р а . Из нее следует, что регулирующее воздействие на объект (у) может принимать только два значения: максимальное и минимальное. В рассмотренном примере максимум соответствует положению, при котором воздушный клапан (см. рис. 166) полностью открыт, минимум — при закрытом клапане. Знак регулирующего воздействия определяется знаком откло­ нения регулируемой величины (температуры) от ее заданного значе­ ния т0; величина регулирующего воздействия постоянна. Все двух­ позиционные регуляторы обладают гистерезисной зоной а, которая возникает из-за разности токов срабатывания и отпускания электро­ магнитного реле.

22.5. ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЕ (СТАТИЧЕСКИЕ) РЕГУЛЯТОРЫ ТЕМПЕРАТУРЫ

Втех случаях, когда необходима высокая точность регулирования или когда недопустим автоколебательный процесс, применяют регуля­ торы с непрерывным процессом регулирования. К ним относятся пропорциональные регуляторы (П-регуляторы), пригодные для ре­ гулирования самых разнообразных технологических процессов.

Всистемах автоматического регулирования с П-регуляторами положение регулирующего органа (у) прямо пропорционально зна­ чению регулируемого параметра (х)

где ki — коэффициент пропорциональности (коэффициент усиления регулятора).

Эта пропорциональность имеет место, пока регулирующий орган не достигнет своих крайних положений (конечных выключателей).

Скорость перемещения регулирующего органа прямо пропорцио­ нальна скорости изменения регулируемого параметра. Математически эта зависимость определяется уравнением

dx

Л — скорость изменения регулируемого параметра.

На рис. 168 показана принципиальная схема системы автоматиче­ ского регулирования температуры воздуха в помещении при помощи пропорционального регулятора. Температура в помещении измеряется термометром сопротивления ТС, включенным в схему измерительного моста 1. При Заданной температуре мост уравновешен. При отклонении регулируемой температуры от заданного значения в диагонали моста возникает напряжение разбаланса, величина и знак которого зависят от величины и знака отклонения температуры. Это напряжение уси-

3G6