Назначение, устройство и область применения магнитных усилителей

1. Назначение, устройство и область применения магнитных усилителей.

 

Магнитные усилители в  силу своих многочисленных достоинств получили широкое применение. Они  обладают высокой надежностью, практически  не нуждаются в уходе, срок их службы в принципе определяется сроком службы изоляции провода. Магнитные усилители  обеспечивают значительное усиление сигнала  по мощности. Высокая механическая прочность и виброустойчивость магнитных усилителей позволяют использовать их при тяжелых условиях эксплуатации, какими являются условия эксплуатации буровой контрольно-измерительной аппаратуры и буровых регуляторов. Магнитный усилитель используется в электрических схемах измерительной аппаратуры и буровых регуляторов (маломощные усилители), использовался магнитный усилитель и в экспериментальном силовом приводе бурового станка ЗИФ-300 (мощный усилитель). На магнитных усилителях строятся и бесконтактные магнитные реле (БМР).

Магнитный усилитель является наиболее распространенным видом электромагнитных устройств аналогового типа. 

В литературе магнитные усилители  могут обозначаться по-разному, на рис.2.38 приведены две схемы одного и  того же магнитного усилителя.

Конструктивно магнитный  усилитель представляет собой две  катушки со своими сердечниками (рис.1.1,а). На каждую катушку наматываются так называемые рабочие обмотки Wр₁, Wр₂, после чего катушки состыковываются и поверх рабочих обмоток наматываются обмотки управления Wу (их может быть несколько); в зависимости от выполняемых функций они называются: обмотка управления, обмотка обратной связи (положительной Wпос, отрицательной Wоос), обмотка смещения Wсм, задающая обмотка Wзад. Рабочие обмотки могут соединяться параллельно и последовательно. Нагрузка включается последовательно с рабочими обмотками непосредственно (Zн, переменный рабочий ток ~ Iр) или через выпрямитель (Rн, =Iр- постоянный рабочий ток, или ток нагрузки Iн).

Путем изменения тока (магнитного потока) в обмотке управления можно  управлять током в нагрузке.

На рис. 1.1 представлены характеристики магнитного усилителя. 
 

  
а                    
 
б 

 

Рис.1.2. Два различных обозначения одного и того же магнитного

усилителя

 
 

 
 
 
Рис.1.1. Характеристики магнитного усилителя Iр = f (Iу): 
 
а – симметричная характеристика; б - характеристика со смещением

Магнитный усилитель может  выполнять роль сумматора сигналов через посредство суммарного (алгебраической суммы) магнитного потока Φ_Σ, создаваемого токами (сигналами) в обмотках управления. И такой вариант суммирования сигналов используется в схемах буровых регуляторов (W_зад - задающий сигнал, W_у1, W_у2 и т.д.- сигналы обратной связи).

 

2. Назначение, устройство и принцип работы преобразователя подачи инструмента ПАП, входящего в состав комплекса СКУБ.

При бурении скважин необходим  контроль проходки, механической скорости, глубины, длины бурильной колонны и др. Лебедка, талевый канат, ролики кронблока, талевый блок с крюком являются элементами, по перемещению которых определяют упомянутые параметры бурения скважин.

 

Преобразователь подачи инструмента (ПАП) входит в состав комплекса СКУБ и предназначен для преобразования вращения вала лебедки, соответствующего подаче инструмента, в пропорциональный электрический сигнал напряжением 0-10 В (исполнение 0,1; 0,2; 0,4; 0,5; 0,7; 0,8; 0,14). Вращение, входного вала ПАП, 1 Преобразовывается в перемещение плунжера дифференциального трансформатора, а перемещение плунжера в пропорциональное напряжение на выходе дифференциально трансформаторного преобразователя. Конструкция ПАП показана на рис. 2. Вращение входного вала с червячной передачей 14, кинематически связанной с выходным валом буровой лебедки, передается валу 13, на котором жестко закреплен фланец 12 с профильным кулачком 18. Последний, вращаясь, перемещает двухплечевой рычаг 16, шарнирно связанный с плунжером 6, который расположен внутри катушки 3. Для выборки люфта в кинематической паре кулачок- рычаг применена пружина 2, которая давит на нижний конец плунжера и размещается в гнезде 1 кронштейна 7. Плунжер 6, перемещаясь, изменяет в катушке э. д. с., подаваемую на вход дифференциально-трансформаторного преобразователя 5.

Зубчатая передача и червячная  пара работают в масле, уровень которого контролируется щупом 9. Корпус ПАП 8 отлит из алюминиевого сплава и имеет основание 11 для установки на буровой. На корпусе предусмотрены съемные крышки 4 и 10, обеспечивающие доступ к узлам и деталям при наладке и регулировке.

Для регулировки положения  плунжера 6 относительно катушки 3 предусмотрен хвостовик с резьбой и шлицевым пазом, а на шарнире рычага 16- разрезная резьбовая втулка с гайкой. В конструкции преобразователя для этой же цели имеется болт 15. Регулировка осуществляется с помощью ключа и отвертки, входящих в комплект инструмента. На кулачке 18 имеются пазы, позволяющие установить его в определенное положение относительно вала 13; фиксация кулачка в необходимом положении осуществляется винтами 17.

Для внешних подключений  ПАП предусмотрен кабельный ввод.

Техническая характеристика ПАП

Погрешность измерения в  интервале 100 м, %                             0,5

Температура окружающей среды,                                             -50 / +50  

Масса, кг                                                                                              6

Габариты, мм                                                                            224Х 186Х 189

 

 

3. Назначение, принцип действия и технические характеристики сигнализатора потока промыв очной жидкости СПЖ-1

Сигнализатор СПЖ-1 предназначен для непрерывного контроля изменения потока промывочной жидкости в циркуляционной системе на выходе из скважины в процессе бурения. Он может входить в состав комплекса приборов контроля параметров промывочной жидкости, долива скважины и прогнозирования флюидопроявления. Принцип работы СПЖ-1 основан на преобразовании угла поворота валика первичного преобразователя в пневматический аналоговый сигнал. Прибор СПЖ-1 разработан в Андижанском СПКБ.

 

СПЖ-1 (рис. 34) состоит из преобразователя 1, блока индикации 4, пневматических трубок 2 и 3. Под действием потока промывочной жидкости лопатка преобразователя поворачивается. В результате преобразователь выдает аналоговый сигнал, который поступает в блок индикации. Последний предназначен для обработки пневматического сигнала, поступающего с преобразователя, передачи информации на показывающий прибор, проградуированный в процентах, а также для световой сигнализации.

Блок индикации состоит  из корпуса и панели. На лицевой  стороне панели расположены органы управления СПЖ-1: тумблеры («Сирена», «Питание», «Настройка»), реле сигнализации, задатчик управления, индикаторы и манометр. На обратной стороне панели расположены две пневмопанели, на которых находятся универсальное пневматическое реле РУП ГМ-1 и перекидной клапан КП2-1. При верхнем положении тумблера «Настройка» сигнал через реле попадает на реле сигнализации, с помощью которых настраивается диапазон контроля потока промывочной жидкости. При нижнем положении тумблера «Настройка» сигнал через тумблер поступает в реле, где сравнивается с заданными значениями и в случае выхода сигнала за установленные пределы включает один из индикаторов «Минимально» или «Максимально».

Преобразователь предназначен для преобразования угла поворота лопатки в аналоговый пневматический сигнал. Он состоит из пневмопреобразователя угла поворота, пневмовыключателя, пневматического реле, лопатки, рычага, диска, вала, крышки, противовеса. Лопатка с помощью зажима крепится к рычагу. На одном конце вала закрепляется рычаг, на другом - толкатель. На валике пневмопреобразователя закреплен с помощью двух винтов поводок. Под напором промывочной жидкости лопатка и соединенные с ней вал и валик пневмопреобразователя поворачиваются на угол, пропорциональный изменению потока промывочной жидкости.

В пневмопреобразователе угол поворота валика преобразуется в пневматический аналоговый сигнал и через пневматическое реле передается в блок индикации. При повороте лопатки на угол 7° кулачок через рычаг действует на шток пневмовыключателя. Последний срабатывает и выдает сигнал, который через штуцер поступает в пневмолинию.

Техническая характеристика СПЖ-1

Диапазон индикации изменения  потока промывочной жидкости, % 0-100

Диапазон сигнализации, настраиваемый  по шкале, %  5-100

Порог чувствительности сигнализатора  при изменении потока к максимальному  значению, %  ±2,5

Диапазон изменения выходных аналоговых сигналов, МПа 0,02-0,1

Расход воздуха при  темnературе 20 °С и давлении 0,1 МПа в установившемся режиме,      м³ /с, не более 4,16*10^-4

Габариты, мм:        

Преобразователя 295Х360Х540

блока индикации 220Х170Х340

Масса сигнализатора, кг, не более 50

Давление питания воздуха, МПа 0,14±0,014

Класс загрязненности воздуха  по ГОСТ 17 433-80 1

Температура окружающего  воздуха, °С  -30 / +50

Верхнее значение относительной  влажности воздуха при температуре 35 °С и более низких температурах без конденсации влаги, % 95±3

СПЖ-1 является восстанавливаемым, одноканальным, многофункциональным  изделием. Срок службы его 6 лет.

 

4. Задачи, решаемые с помощью систем автоматического управления процессом бурения.

 

Средства автоматики заменяют труд человека при контроле и управлении различными процессами. Принцип этой замены рассмотрим на простейшем примере поддержания постоянной, заранее заданной скорости вращения электродвигателя. Чтобы выполнить данную задачу без применения автоматики, человек должен: а) наблюдать за показаниями тахометра; б) сравнивать эти показания с заданной скоростью вращения; в) в случае разности между заданной и наблюдаемой величинами изменять скорость вращения двигателя, например передвижением ручки реостата так, чтобы свести эту разность к нулю.

Система автоматического регулирования  выполняет эту же задачу без участия  человека. Измеряемая величина (в данном случае скорость вращения электродвигателя) воздействует на датчик, где преобразуется  в электрическое напряжение. Напряжение с выхода датчика поступает на управляющий орган, где оно сравнивается с заданным значением. При наличии расхождения управляющий орган воздействует на исполнительный орган, который и восстанавливает заданное значение контролируемой величины. В рассматриваемом примере элементами управляющего органа могут служить, например, реле, а исполнительным органом — секционированный реостат; реле управляются напряжением, полученным в результате сравнения заданной и измеренной величины, и своими контактами включают и выключают отдельные секции регулировочного реостата, изменяя тем самым скорость двигателя.

 

 

Системы автоматики подразделяются на следующие виды:

1. Замкнутая система автоматического управления (рис. 90, а) является замкнутой цепью воздействий: контролируемая величина воздействует на датчик, датчик на управляющий орган, управляющий орган на исполнительный орган и, наконец, исполнительный орган воздействует на контролируемую величину. Замкнутая система автоматического управления состоит из двух основных частей. Первая часть (объект-датчик-управляющий орган) осуществляет функцию контроля регулируемой величины, а вторая часть (управляющий орган-исполнительный орган-объект) выполняет функцию управления регулируемой величиной.

Разновидностью замкнутых систем автоматического регулирования являются следящие системы, в которых задаваемая величина представляет собой угол поворота оси, могущий изменяться во времени в широких пределах по произвольному закону. При этом система  автоматического  регулирования должна действовать так,

 

 

малейшими изменениями заданного  угла и точно повторял эти изменения.

2.Разомкнутая система автоматического управления (рис. 90, б). Здесь первая часть замкнутой системы автоматического управления, т. е. функция контроля регулируемой величины отсутствует; управление регулируемой величиной осуществляется путем подачи задания на управляющий орган. Воздействие на управляющий орган может оказывать человек или система автоматики другого процесса.

Разновидностью разомкнутых систем автоматического управления являются системы автоматической защиты, назначение которых — прервать контролируемый процесс при возникновении  того  или  иного  предельного режима.

3. Система автоматического контроля (рис. 90, в). Здесь отсутствует вторая часть замкнутой системы автоматического регулирования, т. е. функция управления. Система автоматического контроля мало отличается от системы измерения неэлектрических величин электрическими методами. В некоторых системах автоматического контроля промышленных изделий последний орган системы в зависимости от результатов измерений маркирует, отбраковывает или сортирует изделия.

4. Самонастраивающаяся система автоматического управления решает более сложные задачи обеспечения оптимальных, т. е. наилучших условий осуществления какого-либо процесса. Такие системы обладают сложной структурой, состоящей из нескольких датчиков и исполнительных органов, а управляющие органы не только принимают и сравнивают показания датчиков, но и производят вычислительные операции, на основании которых вырабатывают сигналы для воздействия на исполнительные органы.