Файл: Шаповалов, Б. Т. Электрооборудование насосных станций учебное пособие.pdf

§ 71. ДАТЧИКИ И РЕЛЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ

Датчиком (измерительным органом, чувствительным элементом) называют элемент, преобразующий контролируемую или регули­ руемую величину в величину другого вида, более удобного для воз­ действия на управляющий орган системы автоматики и телемеха­

значениями выходного сигнала датчика у от его входного сигна­

ки, то это элемент, в котором при достижении обусловленного зна­ чения входной величины х выходная величина у изменяется скач­ ком. На рис. 167 приведен общий вид характеристики реле. Здесь х 2 — параметр срабатывания, а Х\ — параметр отпускания (возвра­ та) реле.

Из рассмотрения релейной характеристики видно, что при уве­ личении входного параметра х с 0 до х2 (параметра срабатывания), выходной параметр у остается постоянным и равным у\. При х =

=х2 происходит скачкообразное увеличение выходного параметра с У\ до у 2. При дальнейшем увеличений х значение выходного пара­

метра остается неизменным и равным у 2 или изменяется незначи­ тельно.

При уменьшении входного параметра до значения х х (парамет­ ра отпускания реле) выходной параметр остается неизменным и равным у 2 или изменяется незначительно. При х = х х выходной па­ раметр скачкообразно уменьшается до значения у х и при дальней­ шем уменьшении х до 0 остается неизменным и равным у х или из­ меняется незначительно.

Главное отличие реле от датчика именно и состоит в отсутствии плавной непрерывной функциональной зависимости y=f(x).

Входные и выходные параметры реле могут предствлять собой различные физические величины. Так, в автоматических устрой­ ствах мелиоративных систем входными параметрами-сигналами (х) чаще всего бывают такие неэлектрические величины как уро­ вень, давление, расход, скорость движения, температура, влаж­

262

ность и т. п., а также электрические — напряжение, сила тока, со­ противление электрической цепи. Выходным параметром (у), как и у реле защиты, — изменение положения контактов, используемое при управлении электрическими цепями.

Из реле, имеющих электрический входной сигнал, широко при­ меняются электромагнитные нейтральные реле (положение контак­ тов этих реле не зависит от полярности входного сигнала) и по­ ляризованные (положение контактов зависит от полярности вход­ ного сигнала), а также тепловые и частотные.

§ 72. ПОНЯТИЕ О СТРУКТУРЕ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ

Рассмотрим несколько схем, дающих представление о структуре систем автоматики. Эти схемы, называемые блок-схемами или функ­ циональными, дают понятие о функциях элементов (датчиков, реле и т. д.), их взаимодействии в процессе работы и общем принципе действия автоматической системы. Входящие в эти схемы элементы (кроме элемента сравнения) изображаются в виде прямоугольни-

Рис. 168. Функциональная схема системы автоматического регулирования

ков, внутри которых приводится название элементов, а существую­ щие между ними связи указываются стрелками, соответствующими направлению прохождения сигналов.

В качестве примера рассмотрим функциональную схему авто­ матического регулирования производительности вертикального на­ соса с синхронным двигателем, установленного на насосной стан­ ции (рис. 168).

Регулирование должно производиться по заданной во времени программе (система программного регулирования). При постоян­ ной скорости вращения вала насоса, приводимого в данном слу­ чае синхронным двигателем, изменение производительности может быть достигнуто путем соответствующего поворота лопаток рабо­ чего колеса насоса.

263

Сигнал х, характеризующий положение лопаток колеса, вос­ принимается датчиком, который его измеряет и преобразует в вы­ ходной сигнал у, имеющий более удобную физическую сущность для передачи последующему элементу — элементу сравнения. Здесь сигнал у сравнивается с сигналом уо, поступающим от спе­ циального устройства— задатчика. Сигнал у0 определяет необхо­ димое в данный момент значение регулируемого параметра.

В результате сравнения устанавливается соответствие (согла­ сование) или несоответствие (рассогласование) действительного и

Измерительный

прибор

Рис. 169. Функциональная схема автоматического измерения

необходимого (по программе) значений регулируемого параметра. При наличии рассогласования (ошибки) сигнал рассогласова­ ния © = у—уо не будет равен нулю (0=^0). Этот сигнал будет воз­ действовать на усилитель и после усиления поступит на исполни­ тельный орган (элемент) системы. Исполнительный орган воздей­ ствует на объект регулирования в нужном направлении, сводя несоответствие (ошибку) регулирования к нулю (0 = 0). Таким об­ разом, цепь воздействия в системе замыкается. Подобные системы носят название замкнутых или систем с обратной связью. Заме­ тим, что усилитель не всегда является необходимым элементом и

применяется только при необходимости.

При отсутствии рассогласования (0 = 0) система регулирования находится в состоянии покоя, так как значение регулируемого па­ раметра в этом случае соответствует заданному.

На рис. 169 показана функциональная схема, иллюстрирующая применение датчика для автоматического измерения. В этом случае измеряемая величина в виде входного сигнала х воздействует на датчик. Последний осуществляет его необходимое измерение и пре­ образование и выдает выходной сигнал у, удобный для воздей­ ствия на измерительный прибор. Как и в предыдущем случае, уси­ лительный элемент используется в зависимости от конкретных ус­ ловий. Схема имеет разомкнутую цепь воздействий и относится к так называемым небалансным измерительным схемам.

На рис. 170 приведены принципиальная (а) и функциональная (б) схемы, показывающие использование максимального токового реле с выдержкой времени для автоматической защиты синхрон­ ного двигателя от выпадения из синхронизма.

Когда двигатель работает в синхронном режиме, реле защитьц подключенное на зажимы реактора, не работает, так как падение

264

напряжения на реакторе в результате протекания постоянного то­ ка возбуждения двигателя мало.

При выпадении по какой-либо причине двигателя из синхро­ низма, поле его статора начинают пересекать витки обмотки воз­ буждения, в цепи возбуждения появляются переменные напряже­ ния, и ток, для которого сопротивление реактора велико/ На за­ жимах реактора при этом возникает напряжение, вызывающее срабатывание защиты и отключение двигателя от питающей сети.

Исполнитель ный орган

Q

5)

Рис. 170. Принципиальная (а) и функциональная (б) схемы защиты синхронного двигателя от выпадения из синхронизма

Функциональная схема показывает, что сигнал х (напряжение на зажимах реактора), получаемый от объекта и характеризую­ щий егосостояние, является входным сигналом реле, но реле не срабатывает (г/= 0) до тех пор, пока х не достигнет значения сра­ батывания. После того как х достигает этого значения, реле с опре­ деленной выдержкой времени срабатывает, и положение его контак­ тов изменяется. Появляется выходной сигнал реле у, воздействую­ щий на исполнительный элемент схемы (выключатель), который действует на объект (двигатель), отключая его статор от источника питания.

§ 73. КОНСТРУКЦИИ ДАТЧИКОВ И РЕЛЕ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ

Рассмотрим конструкции нескольких наиболее применяемых при автоматизации насосных станций датчиков и реле с неэлектриче­ скими входными сигналами.

Широкое распространение для измерения уровней (как в откры­ тых бьефах каналов и водохранилищ, так и в закрытых резервуа­ рах), а также разности уровней, расходов и для сигнализации конт­ ролируемых значений уровней получил так называемый поплавко­

2 6 5

вый датчик. Он прост, при небольшом конструктивном дополнении может быть использован и в качестве реле.

На рис. 171 показан поплавковый датчик, дополненный устрой­ ством для дистанционного измерения — поплавковый уровнемер РП-1065. Чувствительный элемент прибора — поплавок 1 помещен в контролируемый бьеф. К поплавку прикреплен тонкий гибкий

1 — поплавок, 2 — противовес, 3 — коромысло, 4 — сель­ син-датчик, 5 — ртутные контакты. 6 — механическая пе­ редача, 7 — шкив

трос, который перекинут через шкив 7. К другому концу троса прикреплен противовес 2. Для дистанционных измерений вал шки­ ва 7 через редуктор соединен с ротором небольшой электрической машины — сельсина-датчика 4. Всякое изменение контролируемого уровня ведет к изменению положения поплавка, а следовательно,— к повороту на некоторый угол ротора сельсина-датчика. Уровнемер снабжен вторым, аналогичным, сельсином, выполняющим роль сельсина-приемника, который имеет шкалу и стрелку, закрепленную на валу ротора, указывающую изменение уровня. Сельсин-приемник может быть расположен на расстоянии нескольких километров от сельсина-датчика. Статор сельсина-датчика соединен трехпровод­ ной линией со статором сельсина-приемника. Роторы обоих сель­ синов питаются от источника переменного тока. В соответствии с принципом действия сельсинной дистанционной передачи при каж­

266

дом изменении углового положения ротора сельсина-датчика (обус­ ловленного в данной системе изменением уровня) возникает син­ хронизирующий момент, поворачивающий ротор сельсина-при­ емника в том же направлении, в каком повернулся ротор сельсина-датчика и примерно на тот же угол, что и используется при измерении. Шкала сельсина-приемника отградуирована с уче­

из-за увеличения трения системы, а также в закрытых резервуарах при избыточном в них давлении.

На насосных станциях для одновременного поддержания не­ скольких заданных значений уровня или их контроля применяют электродный сигнализатор уровня. При этом используется релей­ ный принцип работы. Схемы включения прибора зависят от мате­ риала стенок резервуара, в котором поддерживается или контроли­ руется уровень, и от числа контролируемых уровней.

На рис. 172 приведена принципиальная схема сигнализатора уровня ЭРСУ-2. В этой схеме предусматривается подача световых сигналов при достижении уровней у\, у2 и аварийного нижнего (АН) или верхнего (А В ) уровней. При достижении аварийных уров­ ней предусмотрена также подача аварийного звукового сигнала. Если стенки резервуара проводят электрический ток, то схема име­ ет четыре электрода: два рабочих (3i и Э2) и два аварийных

(Эл).

Сигнализатор работает следующим образом. Если уровень во­ ды в резервуаре ниже отметки АН, то загорается красная лампа Л и получающая питание через размыкающий контакт одного из трех использованных в схеме реле постоянного тока (Pi), и звучит сигнал аварии, так как рабочая обмотка звукового сигнала полу­ чает питание от источника оперативного тока через размыкающие контакты реле Р3 (переключатель аварийного сигнала В находится в положении /). При повышении уровня до значения несколько превышающего АН, но не достигшего у2, замыкается цепь обмотки

267

близки к аварийному.

При повышении уровня до значения у2 срабатывает реле Р ь его размыкающие контакты отключают красную лампу Л и а замыкаю­ щие— включают зеленую лампу Л 2, сигнализирующую о том, что отметка уровня находится в пределах от у2 до у\. При достижении отметки ух или выше срабатывает реле Р2> размыкающий контакт которого гасит зеленую лампу, а замыкающий — включает жел­ тую лампу Л 3.

Как видно из схемы, реле Pi—Р 3 получают питание от выпря­ мителя, собранного на полупроводниковых диодах по мостовой схеме. Подключенная на выходе выпрямителя емкость С служит для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Если ава­ рийным является верхний уровень АВ, то получить аварийный зву­ ковой сигнал можно, переставив переключатель В в положение 2.

Если стенки резервуара выполнены из диэлектрика, то в ре­ зервуар помещают дополнительный электрод такой длины, чтобы нижний его конец располагался ниже отметки АН. Этот электрод должен быть присоединен к зажиму Э схемы. Максимальная по­ грешность показаний сигнализатора ЭРСУ-2+ 10 мм.

Для контроля давления в трубопроводе или каком-либо ином объеме служит реле давления или электроконтактный манометр. При достижении предельных значений давления изменяется поло­ жение контактов прибора, что вызывает срабатывание соответст­ вующих автоматических устройств.

На рис. 173 приведен показывающий манометр и совмещенное с ним реле давления (электроконтактный манометр).

Основным, чувствительным, элементом приборов является одновитковая трубчатая пружина 1 , представляющая собой манометри­ ческую трубку. Один из концов трубки с помощью ниппеля при­ соединен к объекту, в котором измеряется давление, другой — сво­ бодный (подвижный) запаян и соединен передаточным механизмом со стрелкой (рис. 173, а) или со стрелкой и подвижным ее контак­ том (рис. 173, б).

При воздействии избыточного давления на манометрическую трубку она разгибается, и ее свободный конец перемещается, пово­ рачивая через передаточный механизм стрелку 2 (рис. 173, а) или стрелку 4 и сблокированный с ней контакт 2 (рис. 173, б). Уста­ навливая по шкале давлений с помощью указателя настройки 3 подвижные предельныеконтакты 1 на значения предельного дав­ ления (рис. 173, б), можно получить необходимые уставки дав­ ления, при достижении которых реле сработает и его контакты

одновременно и датчиком и реле, так как при плавном изменении контролируемого давления также плавно перемещается показы­ вающая стрелка, контактная же система срабатывает скачком.

268