Akční členy

1. Akční členy Střední odborná škola Otrokovice Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. František Kocián Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

2. Charakteristika DUM

3. Akční členy Náplň výuky Základní pojmy Pohony Elektrické pohony Servopohony Stejnosměrné pohony Indukční motory Krokové motory Pneumatické pohony

4. Základní pojmy Akční člen je technické zařízení, které přenáší výstupní signál z regulátoru (akční zásah) do regulované soustavy, tj. mění hodnotu nějaké technologické veličiny podle hodnoty výstupu z regulátoru.  Akční členy mohou být dvoupolohové nebo spojité. Dvoupolohové se mohou nastavovat pouze do dvou poloh, obvykle "otevřeno" a "uzavřeno" a hodí se pouze pro méně náročné regulace a pro logické řízení. Spojité akční členy se mohou nastavovat podle hodnoty řídicího signálu do jakékoli polohy mezi danými mezemi. Vztah mezi vstupem a výstupem akčního členu je nejčastěji lineární, tedy matematicky popsán rovnicí u = rAv kde je  v  signál z regulátoru,  u  výstup akčního členu a  rA  zesílení akčního členu. Rovnice vyjadřuje ideální chování, to znamená, že akční člen reaguje na změny vstupního signálu bez vlastního zpoždění. Akční členy

5. Pohony můžeme rozdělit na pohony určené pro ovládání regulačních orgánů a na pohony speciální, které jsou řešeny individuálně pro danou aplikaci. Podle energie, která se využívá pro konání práce pohonů je rozlišujeme na pohony pneumatické, hydraulické a elektrické. Není- li shoda mezi druhem energie řídícího signálu a pohonu, je třeba zařadit převodník. Pro dosažení požadovaných vlastností statické charakteristiky použijeme zpětné vazby mezi výstupem pohonu a jeho řídícím signálem. Pohony Obr. 1: Blokové schéma pohonu

6. Elektrický pohon je systém pro elektromechanickou přeměnu energie Můžeme rozdělit na pohony elektromagnetické a elektromotorické. Typickým prvkem elektomagnetických pohonů jsou solenoidové ventily. Základním prvkem elektromotorického elektrického pohonu je elektrický motor. Jeho vlastnosti však obvykle nevyhovují po všech stránkách činnostem, které vyplývají z funkce pohonu regulačního orgánu. Proto je třeba elektrický motor (většinou s výjimkou krokových motoru) vybavit dalšími prvky, které jednak upraví jeho vlastnosti, jednak jej ochrání proti poškození. Elektrické pohony Obr. 2: Základní části elektrického pohonu

7. Základní vlastnosti elektrického pohonu jsou určeny jeho charakteristikou. Pro přizpůsobení jeho momentové charakteristiky zatěžovací charakteristice ovládaného systému musí být použita převodovka. Při nesamosvorné převodovce, u třípolohové regulace a ovládání, musí být systém ještě vybaven brzdou. Pro zlepšení přesnosti regulace se ještě někdy vybavují nespojitě řízené pohony elektrickým dobržďováním (krátkodobý signál opačného směru). Pro ochranu motoru před chodem nakrátko (při zastavení pohybu spálení), musí být použity koncové nebo momentové vypínače(při požadavku těsného dosednutí kuželky). Pro možnost dálkově sledovat polohu pohonu, popř. pro možnost ovládání spojité polohy výstupního členu pohonu, jsou pohony vybaveny vysílací polohy. Pro případ výpadku řízení, nebo napájení bývají pohony vybaveny možností ručního ovládání. Elektrické pohony

8. Protože výstupní signál pohonu je pohyb, většinou řízený zpětnovazebním obvodem, nazýváme tento celek servopohonem. Kromě samotného pohonu, zpětnovazebního obvodu a převodovky je servopohon často vybaven koncovými spínači k určení krajních poloh a odporovým vysílačem nastavené polohy, kterým vysílá řídicímu systému informaci o skutečném stavu. • Při řízení procesů jsou na servopohony kladeny tyto požadavky: • přímočarý pohyb pro ovládání polohy regulačních ventilů a šoupátek v rozsahu řádově 10 až 100 mm (u šoupátek i více) při silách 100N až 100 MN (u šoupátek méně) – dostatečná přestavná síla dotatečný zdvih. • úhlové vychýlení mechanizmu pro ovládání škrtících klapek, žaluzií, kohoutu a pod. s rozsahy úhlů 90 až 270° a kroutících momentech od 10 do 10 000 Nm– úhel natočení musí splňovat podmínky plného otevření s dostatečnou přestavnou silou. Servopohony

9. Při řízení procesů jsou na servopohony kladeny tyto požadavky: • otáčivý pohyb(až desítky otočení) např. pro ovládání šoupátek – počet otáček musí splňovat podmínky plného otevření s dostatečnou přestavnou silou. • konstrukční řešenípro práci v daném prostředí a v různých polohách. • doba závěru tj. čas za který proběhne servopohon celou svou dráhu z jedné krajní polohy do druhé největší rychlostí musí odpovídat požadavku rychlosti změny akční veličiny. • U pohonů se používají tato přídavná zařízení: • zařízení pro definování chování pohonu v případě výpadku napájecí energie (například dosažení předepsané polohy, brzda) – zajištění tzv. pasivní bezpečnosti. • zařízení pro ruční ovládání regulačního orgánu. • vysílač skutečné polohy regulačního orgánu (pro ruční ovládání nebo pro vytvoření zpětné vazby – hlavně u elektrických pohonů). • u elektrických pohonů koncové spínače (polohové nebo momentové). Servopohony

10. Při řízení procesů jsou na servopohony kladeny tyto požadavky: • Při posuzování přestavné síly servomotoru PS, je třeba vycházet s předpokladu, že potřebujeme zálohu síly pro překonání zvětšení odporu regulačního orgánu PRO během provozu. Pro tuto zálohu se uvažuje asi 25 % jmenovité přestavné síly servomotoru • PS ≥ 1,25 PRO • Pro stanovení potřebné síly a zdvihu určíme typ servomotoru podle druhu pomocné energie použitého regulátoru. • Podle spojení s regulačním orgánem rozdělujeme tyto druhy servomotorů • pákové servomotory s otočným pohybem výstupní páky, používají se ve spojení s pákovými regulačními orgány. • servomotory s přímočarým pohybem výstupního táhla, používají se k přímému spojení s regulační kuželkou ventilů. • servomotory s otočným pohybem výstupní matice, používají se k ovládání potrubních šoupátek. Servopohony

11. Kompaktní servomotory ESBE řady 60 jsou určeny k ovládání ventilů EBSE se světlostí do 50 mm. Motor je reverzibilní s pevnými koncovými spínači pro pracovní úhel 90°. Ventil může být nastavem i ručně pomocí otočného knoflíku na předním panelu pouzdra servopohonu. Servomotory jsou dodávány v provedení s napájením 24 V nebo 230 V. Připojovací kabel má délku 1,5 m. S vyjímkou typu 62 P je lze dodat i s přídavným mikrospínačem. Servomotory vybavené mikrospínačem jsou označeny písmenem M za typem motoru, např. 61M. Úhel sepnutí lze určit nastavením vačky do libovolné polohy Servopohony Obr. 3 : Schéma servopohonu Obr. 4: Servopohon

12. Na třícestné a čtyřcestné směšovací armatury řady 2000, 3000 a VMX mohou být montovány elektrické servomotory řady V70. Servomotory jsou dodávány s mikrospínači, které vykonávají přerušení elektrického napájení, a se zařízením, které umožňuje ruční ovládání směšovací armatury. Servopohony Obr. 5: Schéma zapojení servopohonu V70 Obr. 6: Servomotor V70 220/230/OO

13. Stejnosměrný motor je točivý stroj, napájený stejnosměrným proudem. Hlavní části: Stator – vytváří stálé magnetické pole, skládá se z kostry s budícím vinutím na stejnosměrný proud a pólů složených z jádra a pólového nástavce. Na pólech jsou cívky, které jsou zapojeny do série tak, aby vzniklo střídání polarity pólů (S-J-S-J). Rotor – je složen z elektrotechnických plechů. Do drážek kotvy jsou vloženy závity vinutí – konce vinutí jsou připojeny na lamely komutátoru. Stejnosměrné motory Obr. 7: Princip stejnosměrného motoru

14. Stejnosměrné stroje s budícím vinutím na hlavních pólech rozdělujeme podle způsobu: stroje s cizím buzením (obr. a) – budící vinutí hlavních pólu je napájeno z nezávislého stejnosměrného zdroje a nebo má stroj permanentní magnety (PM). stroje s derivačním buzením (obr. b) – budící vinutí hlavních pólu je zapojeno paralelně ke kotvěstroje se sériovým buzením (obr. c) – budící vinutí hlavních pólu je zapojeno do série s kotvoustroje s kompaundním (smíšeným) buzením (obr. d) – na hlavních pólech je budící vinutí derivační a sériové. Stejnosměrné motory Obr. 8: Zapojení stejnosměrných motorů

15. Princip činnosti asynchronního motoru je založen na vzájemném elektromagnetickém působení točivého magnetické pole statoru a proudů, vytvořených ve vinutí rotoru tímto magnetickým polem. Asynchronní motor je tedy založen na indukci napětí a proudů v rotoru a proto se také nazývá indukčním motorem. Točivé magnetické pole se u asynchronního motoru vytvoří ve vinutí statoru (pevná nepohyblivá část), které je nejčastěji provedeno jako trojfázové , kde vinutí jednotlivých fází jsou prostorově natočena o 120°. • podle provedení rotorového vinutí • s kotvou nakrátko • V drážkách rotoru jsou uloženy vodivé tyče, nejčastěji hliníkové, spojené na čelních stranách kruhy nakrátko. • kotvou kroužkovou • V drážkách rotoru je trojfázové vinutí z mědí spojené do hvězdy, jehož vývody jsou připojeny na tři kroužky nalisované stejně jako magnetický obvod rotoru na hřídeli stroje a ke kterým přiléhají pevně osazené kartáče umožňující vyvedení vinutí na svorkovnici stroje. Indukční motory

16. Rozdělení asynchronních motorů • podle počtu fází • Jednofázové • Používají se pro pohony zařízení malých výkonů. • Dvoufázové • Používají se v servomechanismech, kde se vystačí s výkonem do100W • Třífázové Indukční motory Obr. 9: Indukční motor Obr. 11: Kroužkový motor Obr. 10: Klec rotoru

17. Vzhledem k rozvoji číslicové techniky a s tím souvisejícího zpracování digitální informace se rozšiřuje užití tzv. krokových motorů, jejichž úhel natočení hřídele je dán počtem impulzů přivedených na řídicí vinutí. Charakteristickým znakem je proto nespojitý pohyb hřídele, daný úhlovými skoky =kroky, které jsou odezvou rotoru na jeden řídicí impulz. • Krokové motory s pasivním rotorem Jsou označované jako reakční či reluktanční, protože rotor je opatřen výstupky (zuby), takže magnetický obvod motoru má po obvodu vzduchové mezery proměnnou magnetickou vodivost. • Krokové motory s aktivním rotorem Obsahují magnetický aktivní část, tj budící vinutí nebo permanentní magnet, jehož póly mohou být uspořádány dvojím způsobem • s radiálně polarizovaným permanentním magnetem • s axiálně polarizovaným permanentním magnetem • Krokové motory s odvalujícím se rotorem Jsou typické tím, že jejich vzduchová mezera je v jednom nebo několika místech nulová, čímž je minimalizován odpor magnetického obvodu a tím dosaženo při daném budícím proudu maximum indukce a krouticího momentu. Krokové motory

18. Metody řízení krokových motorů Při unipolárním řízení po jedné fázi se budí v daném okamžiku právě jedna cívka. Motor s tímto buzením má nejmenší odběr, ale také poskytuje nejmenší kroutící moment. Při řízení po dvou fázích se budí současně dvě sousední fáze. Při tomto řízení získáváme vyšší kroutící moment oproti řízení jednofázovému. Oby způsoby se nazývají „čtyřtaktní“. Sloučením obou čtyřtaktních způsobů vznikne „osmitaktní“ řízení. Při bipolárním řízení prochází proud vždy dvěma protilehlými cívkami. Ty jsou zapojené tak, že mají navzájem opačně orientované magnetické pole. Motor v tomto režimu poskytuje větší kroutící moment, ovšem za cenu vyšší spotřeby. Krokové motory Obr. 13: Krokový motor s aktivním rotorem Obr. 12: Krokový motor

19. Pneumatické pohony se vyznačují jednoduchým a robustním provedením, čistotou provozu, vysokou provozní spolehlivostí, velkými přestavnými silami (řadově až 104 N) a poměrně krátkými přestavnými dobami. Jsou vhodné do provozů s agresivním prostředím i nebezpečím požáru či exploze, a to vše při nízké ceně. Pneumatické pohony dělíme podle prvku převádějícího tlak na sílu nebo výchylku na pohony s membránou, pístem, vlnovcem a speciální, podle způsobu generování pohybu na jednočinné a dvojčinné,podle dráhy výstupního prvku na posuvné, kyvné a rotační a podle signálu na spojité (proporcionální) a nespojité. Membránové pohony. Používají se především v oblasti spojité regulace pro pohon regulačních orgánů.Vyrábí se ve velkých seriích a ve stavebnicovém uspořádání ,které umožňuje jejich velkou stavební variabilitu.Jejich výhodou je dokonalá těsnost, nevýhodou je relativně malý zdvih. Pneumatické pohony

20. Pístové pohony Pro ovládání regulačních orgánů vyžadujících velkou přestavnou sílu a dráhu se používají pístové pohony. Skládají se z válce, ve kterém se pohybuje píst s pístní tyčí. Přestavná síla je vyvozena tlakem vzduchu na plochu pístu. Smysl pohybu je ovládán přivedením tlaku na jednu, nebo druhou stranu pístu. Nazýváme jej tady dvojčinným pístovým servopohonem s přímým pohybem. Pneumatické pohony Obr. 14: Pneumatický pohon Obr. 15: Pneumatické prvky

21. Kontrolní otázky: 1. Akční člen? Princip činnosti je založen na přechodu PN, tj. na deformaci krystalů dielektrika na němž vzniká polarizací vázaný náboj. Přenáší výstupní veličiny na vstup. c) Technické zařízení, které přenáší výstupní signál z regulátoru (akční zásah) do regulované soustavy,. 2. Elektrický pohon? Pro přizpůsobení jeho momentové charakteristiky zatěžovací charakteristice ovládaného systému musí být použita převodovka. Pro přizpůsobení jeho momentové charakteristiky zatěžovací charakteristice ovládaného systému nemusí být použita převodovka. Pro přizpůsobení jeho momentové charakteristiky zatěžovací charakteristice ovládaného systému nesmí být použita převodovka. 3. Stejnosměrné motory? Točivý stroj, napájený stejnosměrným proudem. Točivý stroj, napájený střídavým proudem . Motor s kotvou kroužkovou.

22. Kontrolní otázky – řešení 1. Akční člen? Princip činnosti je založen na přechodu PN, tj. na deformaci krystalů dielektrika na němž vzniká polarizací vázaný náboj. Přenáší výstupní veličiny na vstup. c) Technické zařízení, které přenáší výstupní signál z regulátoru (akční zásah) do regulované soustavy. 2. Elektrický pohon? Pro přizpůsobení jeho momentové charakteristiky zatěžovací charakteristice ovládaného systému musí být použita převodovka. Pro přizpůsobení jeho momentové charakteristiky zatěžovací charakteristice ovládaného systému nemusí být použita převodovka. Pro přizpůsobení jeho momentové charakteristiky zatěžovací charakteristice ovládaného systému nesmí být použita převodovka. 3. Stejnosměrné motory? Točivý stroj, napájený stejnosměrným proudem. Točivý stroj, napájený střídavým proudem . Motor s kotvou kroužkovou.

23. Seznam obrázků: Obr. 1: CHLEBNÝ, J. a kol., Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6 str.247 Obr. 2: CHLEBNÝ, J. a kol., Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6 str.248 Obr. 3: AUTOR NEUVEDEN. servopohon [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://web.telecom.cz/ktr/esbe/motor60.htm Obr. 4: AUTOR NEUVEDEN. servopohon [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://web.telecom.cz/ktr/esbe/motor60.htm Obr. 5: AUTOR NEUVEDEN. Servomotor V70 220/230/OO [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://www.regulacniventily.cz/servomotory/ 168- servomotor-v70- 220-00.html Obr. 6: AUTOR NEUVEDEN. Servomotor V70 220/230/OO [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://www.regulacniventily.cz/servomotory/ 168- servomotor-v70- 220-00.html Obr. 7: AUTOR NEUVEDEN. stejnosměrný motor [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/Stejnosm%C4%9Brn%C3%BD_motor

24. Seznam obrázků: Obr. 8: AUTOR NEUVEDEN. Zapojení stejnosměrných motorů [online]. [vid.30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://elektrotechnika.netstranky.cz/stejnosmerne- stroje/stejnosmerne-stroje.html Obr. 9:AUTOR NEUVEDEN. Indukční motor [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://www.e-automatizace.cz/ebooks/ridici_systemy_akcni_cleny/Akc_el.html Obr. 10: AUTOR NEUVEDEN. klec rotoru [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://www.e-automatizace.cz/ebooks/ridici_systemy_akcni_cleny/Akc_el.html Obr. 11: CHLEBNÝ, J. a kol., Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6 str.253, vlastní úprava Obr. 12: AUTOR NEUVEDEN. krokový motor [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://www.e-automatizace.cz/ebooks/ridici_systemy_akcni_cleny/Akc_el.html Obr. 13: AUTOR NEUVEDEN. krokový motor s aktivním rotorem [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://www.e- automatizace.cz/ebooks/ridici_systemy_akcni_cleny/Akc_el.html Obr. 14: AUTOR NEUVEDEN. Pneumatický pohon [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://www.e- automatizace.cz/ebooks/ridici_systemy_akcni_cleny/Akc_el.html Obr. 15: AUTOR NEUVEDEN. Pneumatické prvky [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://www.worksservice.com/wp-content/gallery/pneumaticke- komponenty/pneumax_02.jpg

25. Seznam použité literatury: [1] Automatizace [online]. [cit. 6.7.2013]. Dostupné z: http://web.spscv.cz/~madaj/skra4.pdf [2] CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6 [3] NĚMEC, Z., Prostředky automatického řízení (Elektrické), Skripta VUT Brno 2002 [4] JENČÍK, J., VOLF,J., a kol., Technická měření,Skripta, ČVUT, 2003 [5] GARZINOVÁ, R., Prvky řídících systémů, Skripta VŠB-TU, Ostrava, 2012

26. Děkuji za pozornost 