2.3. Комбинированные усилители

В электропневматическом усилителе (рис. 23) входным звеном является электродвигатель М вращающий через редуктор резьбовой вал 13, вдоль которого совершает перемещение е муфта 14. Это перемещение является входным сигналом двухкаскадного пневматического усилителя с поршневым исполнительным механизмом 7 двустороннего действия. Выходным параметром усилителя является перемещение s штока 6 ИМ вследствие подачи в цилиндр сжатого воздуха через управляющее устройство компенсационного типа. Воздух давлением р_П = 7·10⁵ Па поступает в кольцевую А и цилиндрическую Г камеры управляющего устройства. Из камеры А через самопрочищающийся дроссель 1 поршня 16 воздух проходит в кольцевую камеру Б с давлением р, а затем через зазор между соплом 10 и заслонкой 9 в атмосферу.

Рис. 23. Схема действия электропневматического усилителя

С целью снижения нечувствительности усилителя исполнительный механизм и управляющее устройство охвачены отрицательной силовой ЖОС в виде пружины 8, работающей на растяжение и преобразующей перемещение Δs потока 6 в усилие, действующее на угловой рычаг (заслонку) 9.

Обратная связь, преобразующая перемещение в усилие, называется силовой.

При установившемся режиме электродвигатель М обесточен и резьбовая муфта 14 неподвижна. Момент силы действия сжатой пружины 12 на угловой рычаг 9 уравновешен суммой моментов сил растянутых пружин 11 и 8. Заслонка рычага удерживается около сопла 10 с определенным зазором (около 0,3 мм), что соответствует давлению р в камере Б. Сила от разности давлений р_П— р, действующих на поршень 16, уравновешивается силой сжатых пружин 2. Поршень находится в среднем положении, а расположенные в его ступице 17 нагруженные распорной пружиной двухседельные клапаны 3 и 18 закрыты. Камеры Д, В управляющего устройства и камеры Е, Ж исполнительного механизма заперты, а поршень неподвижен и удерживает выходной шток 6 в определенном положении.

При подаче питания электродвигатель М через редуктор вращает резьбовой вал 13, вызывая перемещение вдоль него муфты 14 и изменение натяжения пружины 12. Например, при движении муфты вверх возрастает сила действия пружины на рычаг 9. Нарушается равенство моментов сил, действующих на рычаг, он разворачивается относительно опоры О по часовой стрелке и увеличивается зазор между соплом и заслонкой. Давление р в камере Б уменьшается и поршень 16 под действием возросшей разности сил движется вверх. Это приводит к открытию двухседельных клапанов 3 и 18. Через клапан 3 сжатый воздух под давлением р_П из камеры Г поступает через камеру Д в полость Ж цилиндра исполнительного механизма, а через клапан 18 полости Е, В сообщаются с атмосферой. Разность давления в полостях ИМ создает силу, движущую поршень и выходной шток 6 влево. Через жестко связанный со штоком рычаг 5 растягивается пружина жесткой обратной связи и возрастает сила ее действия на рычаг 9, возвращающий заслонку в первоначальное положение. С восстановлением прежнего зазора между соплом и заслонкой давление в камере Б принимает первоначальное значение, клапаны 3 и 18 закрываются при равенстве давлений в полостях ИМ и движение поршня прекращается. Новому положению е муфты 14 будет соответствовать новое положение s штока 6.

Усилитель работает аналогично при смещении муфты вниз, вызывая пропорциональное перемещение выходного штока ИМ в противоположном направлении.

Таким образом, введение в усилитель отрицательной ЖОС от ИМ к УУ позволяет обеспечить пропорциональную зависимость между входным е и выходным s параметрами. Соответствие между перемещением муфты е и штока s подбирается путем изменения предварительного натяжения пружин 8 и 11 вращением гаек 4 и 15 соответственно. Так как жесткость пружины 11 значительно больше жесткости пружины 8, то первой производят грубую, а второй — точную настройку усилителя на нужную статическую характеристику. При правильной настройке усилителя номинальному ходу муфты 14 (е = 3 ÷ 4 мм) должен соответствовать полный ход штока 6 (s = 150÷160 мм).

Особенностью рассмотренного усилителя с поршневым ИМ двустороннего действия является сохранение максимальной движущей силы в любом промежутке хода поршня.

В электрических и комбинированных автоматических системах регулирования и защиты широко распространены различные виды электрических усилителей мощности.

Рис. 24. Схема действия электромеханического усилителя.

Электромеханический усилитель (рис. 24) распространен в системах, работающих по принципу включено-выключено, т.е. в релейных системах позиционного действия. По сигналу у_Д датчика через рычаг 1 якорь 2 замыкает контакты 3 цепи питания электрического ИМ (соленоида) 5. Образовавшееся магнитное поле катушки, преодолевая действие пружины 4, перемещает стальной сердечник 6 и связанный с ним РО. При размыкании контактов магнитное поле исчезает и сердечник пружиной 4 возвращается в первоначальное положение. Такой усилитель двухпозиционного действия является астатическим.

Работа электрических усилителей других типов рассматривается в курсах электротехники и электроники.