Зачем нужен регулятор скорости вращения вентиляторов (реобас)?

Не секрет, что высокопроизводительные микропроцессорные устройства греются при работе: чем больше нагрузка – тем сильнее. Для многих элементов современного компьютера установки на «чип» обычного радиатора уже недостаточно – требуется активный отвод тепла. Проще всего это реализовать с помощью вентилятора (кулера): уже никого не удивляют системные блоки с суммарным числом кулеров в 8-10 шт. Иногда на материнской плате не хватает разъемов для подключения дополнительных вентиляторов, и подключение производится через разветвитель питания или реобас.

Одиночный кулер шумит несильно и электроэнергии потребляет мало. Но если в корпусе их с десяток, шум становится уже некомфортным, да и потребление электроэнергии возрастает до вполне заметных значений.

Чаще всего необходимость изменения скорости вращения вентиляторов связана как раз с избыточной шумностью системного блока. Если эффективность охлаждения системного блока достаточно высока и перегрева каких-либо элементов компьютера не возникает даже при самых высоких нагрузках, можно попробовать снизить скорость вращения некоторых вентиляторов.

Одним из способов такого снижения является использование реобаса – многоканального регулятора скорости вращения вентиляторов.

Но этот способ – не единственный. Большинство современных материнских плат способно регулировать скорость вращения подключенных вентиляторов. Во многих случаях даже не понадобится установки какого-либо программного обеспечения – необходимая функция встроена в BIOS.

В этой модели вход в БИОС выполняется стандартно — кнопкой Del

Для входа в BIOS необходимо при загрузке компьютера нажать определенную клавишу (или сочетание клавиш), чаще всего – Delete. Если по нажатию Delete при загрузке компьютера ничего не происходит, следует посмотреть на нижние строчки экрана при загрузке – там при начале загрузки обычно выводится подсказка, какие именно клавиши следует нажимать для входа в BIOS.

Примеры страниц BIOS с настройками работы вентиляторов

В BIOS следует найти страницу с настройками работы вентиляторов (Fan Speed, Fan Control, Fan Profile и т.п.) Настройки CPU Fan относятся к кулеру процессора, Chassis Fan – к кулеру (или кулерам) корпуса. Настройки кулера процессора следует менять только если вы точно знаете, что делаете и уверены в правильности своих действий – перегрев процессора может привести к выходу его из строя. Настройки кулера корпуса не столь критичны, но бездумно их менять тоже не стоит; будет нелишним перед изменением записать все старые значения.

Для регулировки скорости вращения в первую очередь следует убедиться, что эта функция включена: параметр Q-Fan Control (или Fan Speed Control) должен иметь значение Enabled. При этом становятся доступны параметры тонкой настройки вентилятора – в некоторых BIOS их много, в других меньше. Чаще всего самым простым способом снижения шума (или, наоборот, улучшения охлаждения) является смена профиля (Q-Fan Profile). Для снижения шума следует установить его в Silent, для увеличения охлаждения – в Performance или Turbo.

После сохранения настроек и перезапуска системы следует убедиться, что настроенный кулер крутится и что не происходит перегрева системы, в обратном случае следует вернуть старые настройки BIOS.

Speed Fan — самая популярная программа управления кулерами

Если нужные настройки в BIOS не нашлись, не стоит расстраиваться – чаще всего подключенными к материнской плате вентиляторами можно управлять и с помощью специализированного ПО. Самая популярная из таких программ (и при этом абсолютно бесплатная) – это speed fan. При запуске программы в первой же вкладке будут отображены все найденные вентиляторы, их скорости вращения и температуры элементов компьютера – на них следует ориентироваться при настройке кулеров. Рекомендации по настройке те же – следует с осторожностью оперировать настройками CPU Fan (кулер процессора) и GPU Fan (кулер видеокарты). При изменении скоростей (от 0 до 100%) следует отслеживать воздействие этих изменений на температуру. В программе также можно задать критические температуры для всех элементов и, указав, какой кулер за какую температуру отвечает, запустить режим автоматического регулирования скорости вентиляторов.

Если же ни speed fan, ни другие аналогичные программы «не увидели» вентиляторов, или если вентиляторы вообще подключены не к материнской плате – тогда для настройки их скорости вращения потребуется реобас.

Перед рассмотрением характеристик реобасов следует упомянуть об еще одной, очень частой причине повышенной шумности вентиляторов – забивание кулеров пылью и/или загустевание в них смазки. Если вам кажется, что раньше компьютер шумел меньше, возможно, никаких программ и устройств для снижения шума не потребуется – достаточно будет почистить кулер от пыли и (при необходимости) обновить смазку.

Характеристики регуляторов скорости вращения вентиляторов.

Тип реобаса.

Основная задача разветвителя питания – обеспечить питанием дополнительные вентиляторы, для которых не нашлось разъемов на материнской плате. Разветвитель может и вообще не иметь функции управления скоростью вращения вентиляторов. Если такая функция и есть, то реализована она будет программно.

Регулятор оборотов (реобас) – обладает большей, по сравнению с разветвителем, функциональностью. Кроме подключения дополнительных вентиляторов, реобас предоставляет и некоторые дополнительные возможности, среди которых могут быть:

— контроль и отображение скорости вращения каждого подключенного вентилятора;

— контроль температуры от собственного термодатчика (или нескольких термодатчиков);

— автоматическая или ручная регулировка скоростей вращения вентиляторов;

— контроль и отображение мощности, потребляемой подключенными вентиляторами

Тип управления скоростью вращения может быть ручным или автоматическим.

При ручном управлении скорость вращения задается оператором вручную – с помощью кнопок, ручки регулятора или на сенсорном экране. Несмотря на простоту такого способа управления, удобным он будет только в тех случаях, когда не требуется менять скорость вращения вентиляторов во время работы компьютера. Для подстройки скорости вращения корпусных вентиляторов такой способ еще сгодится, а для управления скоростью вращения кулера процессора – уже нет.

Автоматический тип управления, предусматривающий автоматическое изменение скорости вращения кулера в зависимости от показаний термодатчика, намного удобнее в эксплуатации и обеспечивает лучшие условия работы оборудования. Для управления кулерами элементов, сильно меняющих температуру в зависимости от нагрузки, следует использовать реобасы с автоматическим типом управления.

Количество подключаемых вентиляторов определяет, какое максимальное количество вентиляторов можно подключить к реобасу. Следует иметь в виду, что с ростом количества подключенных вентиляторов, растет и потребляемая устройством мощность; у блока питания компьютера должен быть достаточный запас мощности.

Наличие дисплеяс возможностью вывода на него значений температур и скоростей вращения вентиляторов в некоторых случаях может оказаться нелишним. Дисплей может предупредить о приближающемся перегреве или неисправности вентилятора и предотвратить сбой или потерю данных. Для серверов (часто не имеющих своего монитора) такой дисплей будет особенно полезен.

Контроль температуры осуществляется по термодатчикам материнской платы либо по собственным термодатчикам реобаса. В последнем случае следует также выяснить количество каналов измерения температуры (проще говоря, количество термодатчиков). У многих реобасов контроль температуры производится по одному термодатчику. Если к такому реобасу предполагается подключение и кулеров процессора/видеокарты, это может привести к проблемам (если установить датчик у процессора, он может «не заметить» перегрева видеокарты и наоборот). Реобасы с несколькими термодатчиками стоят дороже, но в случаях, аналогичных вышеприведенному, на этом экономить не стоит.

Разъемы для подключения вентиляторовмогут быть 2-pin 3-pin и 4-pin.

2-pin и 3-pin разъемы предполагают управление скоростью вращения вентилятора с помощью изменения его напряжения питания. Этот наиболее простой способ, поэтому реализующие его реобасы и вентиляторы недороги. Недостатками этого способа является невысокая точность задания частоты вращения и снижение крутящего момента со снижением напряжения. Вентиляторы с 3-pin разъемом вообще не могут крутиться медленнее некоторого порогового значения – крутящий момент становится настолько мал, что его не хватает для проворота крыльчатки. Для корпусных вентиляторов и вентиляторов жестких дисков такие вентиляторы подойдут, но на процессоры уже давно принято ставить вентиляторы, подключаемые 4-pin разъемом.

4-pin разъемы предполагают управление скоростью вращения вентилятора с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). При этом питание на вентилятор подается полное — 12 вольт – но не постоянно, а импульсами, меняя продолжительность которых, можно очень точно задавать частоту вращения вентилятора. Кроме того, при таком способе нет ограничения на минимальную скорость вращения – регулируемый таким способом вентилятор может вращаться даже со скоростью 1 об/мин. Единственный недостаток такого способа – он сложнее в реализации, а следовательно, дороже.

Разъем питания реобаса может быть 3-pin (в этом случае регулятор скорости подключается к одному из свободных 3-pin разъемов материнской платы) 4-pin Molex (питание берется с одного из разъемов блока питания) и SATA (питание берется с разъема SATA материнской платы).

.

называется скважностью импульсов. Если, к примеру, скважность составляет 30%, то время, в течение которого на вентилятор подается напряжение, составляет 30% от периода импульса.

Реализации широтно-импульсной модуляции напряжения вентилятора осуществляется с помощью PWM-контроллера на материнской плате, причем данный тип управления поддерживается только материнскими платами для процессоров Intel.

PWM-контроллер, в зависимости от текущей температуры процессора, формирует последовательность импульсов напряжения с определенной скважностью, однако это — еще не импульсы напряжения, которые подаются на электродвигатель вентилятора. Последовательность импульсов, формируемая PWM-контроллером, используется для управления электронным ключом (транзистором), отвечающим за подачу напряжения (12 В) на электродвигатель. Упрощенная схема управления скоростью вращения кулера показана на рис. 5.

Рис. 5. Схема управления скоростью вращения вентилятора
при использовании PWM-сигнала

Кулеры, поддерживающие PWM-управление, должны быть четырехконтактными: два контакта необходимы для подачи напряжения 12 В, третий контакт — это сигнал тахометра, формируемый самим вентилятором и необходимый для определения текущей скорости вращения, а четвертый контакт используется для связи с PWM-контроллером.

Как уже говорилось, при широтно-импульсной модуляции напряжения для изменения скорости вращения вентилятора меняется скважность импульсов, но не частота их следования. Типичная минимально возможная скважность импульсов составляет 30%, а максимально возможная — 100%, что соответствует постоянному напряжению на вентиляторе. Частота следования PWM-импульсов составляет от 21 до 25 кГц (типичное значение 23 кГц), то есть в течение одной секунды вентилятор включается и отключается приблизительно 23 тыс. раз! На рис. 6 показан пример осциллограммы PWM-импульсов с частотой следования 25 кГц и скважностью 78%.

Рис. 6. Осциллограмма PWM-последовательности со скважностью 78% при частоте следования 25 кГц

Скважность PWM-импульсов определяется текущей температурой процессора. Если температура процессора ниже некоторого порогового значения, то скважность импульсов минимальна — следовательно, вентилятор будет вращаться на минимальной скорости и создавать минимальный уровень шума. При превышении температуры процессора порогового значения скважность импульсов начинает линейно меняться в зависимости от температуры, увеличиваясь вплоть до 100%. Соответственно и скорость вращения вентилятора, равно как и уровень создаваемого им шума, будет изменяться в зависимости от температуры процессора (рис. 7).

Сергей Пахомов

Управление по постоянному току

Управление с использованием широтно-импульсной модуляции напряжения

авно уже прошли те времена, когда в компьютерах использовалось пассивное охлаждение — такие компьютеры были абсолютно бесшумными, но малопроизводительными. По мере роста производительности процессоров и других компонентов ПК росло и их энергопотребление и, как следствие, компоненты ПК становились все более «горячими». Поэтому процессоры стали оснащать массивными радиаторами, а вскоре к ним добавились и вентиляторы, то есть пассивное охлаждение процессоров уже не могло обеспечить требуемый теплоотвод для поддержания надлежащей температуры, из-за чего стали использовать воздушное охлаждение. По мере роста тактовых частот процессоров увеличивалась эффективность теплоотвода, что достигалось за счет более массивных радиаторов и более быстрых вентиляторов.

Повышение максимальной скорости вращения вентиляторов влекло за собой рост уровня создаваемого ими шума. Известно, что при увеличении скорости вращения вентилятора от значения N1 до N2 уровень создаваемого им шума возрастает от значения NL1 до NL2, причем:

Регулятор вентилятора с датчиком температуры

Как известно, вентилятор в блоках питания компьютеров формата AT вращается с неизменной частотой независимо от температуры корпусов высоковольтных транзисторов. Однако блок питания не всегда отдает в нагрузку максимальную мощность. Пик потребляемой мощности приходится на момент включения компьютера, а следующие максимумы — на время интенсивного дискового обмена.

  • Как сделать управляемую плату регулятора на 1,2–35 В

Если же учесть ещё и тот факт, что мощность блока питания обычно выбирается с запасом даже для максимума энергопотребления, нетрудно прийти к выводу, что большую часть времени он недогружен и принудительное охлаждение теплоотвода высоковольтных транзисторов чрезмерно. Иными словами, вентилятор впустую перекачивает кубометры воздуха, создавая при этом довольно сильный шум и засасывая пыль внутрь корпуса.
Уменьшить износ вентилятора и снизить общий уровень шума, создаваемого компьютером можно, применив автоматический регулятор частоты вращения вентилятора, схема которого показана на рисунке. Датчиком температуры служат германиевые диоды VD1–VD4, включенные в обратном направлении в цепь базы составного транзистора VT1VT2. Выбор в качестве датчика диодов обусловлен тем, что зависимость обратного тока от температуры имеет более выраженный характер, чем аналогичная зависимость сопротивления терморезисторов. Кроме того, стеклянный корпус указанных диодов позволяет обойтись без каких-либо диэлектрических прокладок при установке на теплоотводе транзисторов блока питания.

Необходимые радиодетали:
Резистор R1 исключает возможность выхода из строя транзисторов VT1, VT2 в случае теплового пробоя диодов (например, при заклинивании электродвигателя вентилятора). Его сопротивление выбирают, исходя из предельно допустимого значения тока базы VT1. Резистор R2 определяет порог срабатывания регулятора.
Следует отметить, что число диодов датчика температуры зависит от статического коэффициента передачи тока составного транзистора VT1, VT2. Если при указанном на схеме сопротивлении резистора R2, комнатной температуре и включенном питании крыльчатка вентилятора неподвижна, число диодов следует увеличить.
Необходимо добиться того, чтобы после подачи напряжения питания она уверенно начинала вращаться с небольшой частотой. Естественно, если при четырех диодах датчика частота вращения окажется значительно больше требуемой, число диодов следует уменьшить.
Устройство монтируют в корпусе блока питания. Одноименные выводы диодов VD1-VD4 спаивают вместе, расположив их корпусы в одной плоскости вплотную друг к другу. Полученный блок приклеивают клеем БФ-2 (или любым другим термостойким, например, эпоксидным) к теплоотводу высоковольтных транзисторов с обратной стороны. Транзистор VT2 с припаянными к его выводам резисторами R1, R2 и транзистором VT1 устанавливают выводом эмиттера в отверстие «-cooler» платы блока питания.

Налаживание устройства сводится к подбору резистора R2. Временно заменив его переменным (100–150 кОм), подбирают такое сопротивление введенной части, чтобы при номинальной нагрузке (теплоотводы транзисторов блока питания теплые наощупь) вентилятор вращался с небольшой частотой. Во избежание поражения электрическим током (теплоотводы находятся под высоким напряжением!) «измерять» температуру наощупь можно, только выключив компьютер. При правильно отлаженном устройстве вентилятор должен запускаться не сразу после включения компьютера, а спустя 2–3 мин после прогрева транзисторов блока питания.

регулятор оборотов

в разрыв цепи +12В, как показано на рисунке.
Внимание! Если у вашего вентилятора имеется 4 вывода, и их расцветка: черный, желтый, зелёный и синий (у таких плюс питания подаётся по желтому проводу), то регулятор включается в разрыв желтого провода.
Готовый, собранный регулятор оборотов вентилятора устанавливается в любом удобном месте системного блока, например, спереди в заглушке, пятидюймового отсека, или сзади в заглушке плат расширения. Для этого сверлится отверстие, необходимого диаметра для применяемого Вами переменного резистора, далее он вставляется в него и затягивается специальной, идущей с ним в комплекте гайкой. На ось переменного резистора, можно надеть подходящую ручку, например от старой советской аппаратуры.
Стоит заметить, что если транзистор в Вашем регуляторе будет сильно нагреваться (например, при большой потребляемой мощности вентилятором кулера или если через него подключено сразу несколько вентиляторов), то его следует установить на небольшой радиатор. Радиатором может служить кусочек алюминиевой или медной пластины толщиной 2 — 3 мм, длиной 3 см и шириной 2 см. Но как показала практика, если к регулятору подключен обычный компьютерный вентилятор с потребляемым током 0.1 — 0.2 А, то в радиаторе нет необходимости, так как транзистор нагревается совсем незначительно.

Схема подключения симисторного или тиристорного регулятора скорости вентилятора

Практически во всех регуляторах стоят внутри плавкие ставки, защищающие их от токов перегрузки или короткого замыкания, при возникновении которых она перегорает. Для восстановления работоспособности необходимо будет заменить или отремонтировать плавкую ставку.

Подключается регулятор довольно просто, как обычный выключатель. На первый контакт (с изображением стрелки) подключается фаза от электропроводки квартиры. На второй (с изображением стрелки в обратном направлении) при необходимости подключается прямой вывод фазы без регулировки. Он используется для включения, например дополнительно освещения при включении вентилятора. На пятый контакт (с изображением наклонной стрелки и синусоиды) подключается фаза, отходящая на вентилятор. При использовании такой схемы необходимо использовать для подключения распределительную коробку, с которой Ноль и при необходимости Земля заводятся напрямую на вентилятор, минуя сам регулятор, для подключения которого понадобится всего-то 2 провода.

Но если распределительная коробка электропроводки находится далеко, а сам регулятор стоит рядом с вентилятором, тогда рекомендую использовать вторую схему. На регулятор приходит кабель электропитания, а затем с него уходит сразу на вентилятор. Фазные провода подключаются аналогично. А 2 нуля садятся на контакты № 3 и № 4 в любой последовательности.

Подключение регулятора скорости вращения вентилятора довольно просто сделать и своими руками, не вызывая специалистов. Обязательно изучите и всегда соблюдайте правила электробезопасности- работайте только на обесточенном участке электропроводки.

Варианты выбора.

Если какой-то из вентиляторов системного блока крутится слишком сильно, обратите внимание на регуляторы скорости вращения одного вентилятора с ручным управлением. С его помощью можно будет легко подстроить скорость вращения вентилятора до требуемой и стоить он будет от 180 рублей.

  • Импульсный блок питания из энергосберегающей лампы
  • Всеволновая антенна «бедного» радиолюбителя
  • Согласование антенн и согласующие устройства
  • Конструктор дипломов и грамот в онлайне
  • Переделка компьютерного блока питания под радиолюбительские цели
  • Самостоятельное обучение азбуке Морзе
  • Поиск в списках СРР
  • Ремонт электроники. Как найти неисправность, с чего начать?
  • Доступные антенны диапазона 160 метров
  • Список членов СРР по регионам
  • Походная антенна из удочки на диапазон 20, 30, 40 метров
  • Антенна Ground Plane (GP) на диапазоны от 3,5 до 28 МГЦ
  • Новый QRP КВ трансивер KN-920 из Китая
  • Переделка компьютерного блока питания
  • Многодиапазонная антенна Delta Loop
  • Все о цифровых видах связи
  • Питание антенны вертикальная Delta Loop
  • Направленная антенна Spitfire на диапазон 80m
  • Выбираем антенный балун (Balun)
  • Полноценный SDR без покупки дорогостоящего оборудования
  • Выбираем вещательный радиоприемник
  • Наша доблестная военная связь. Войска связи
  • Телефонные военно-полевые провода П-274 и П-296.
  • Согласующий антенный трансформатор 1:4 (балун) от DGOSA
  • Частоты каналов PMR и LPD радистанций
  • Эффективная антенна на НЧ диапазоны 160m, 80m
  • DX Cluster
  • КВ радиоприемник Полякова на одной микросхеме
  • Рисуем принципиальную схему в редакторе MS Word
  • USB приставки осциллографы под ПК
  • Морзянка — для всех!
  • Двухдиапазонный слопер
  • Укороченная многодиапазонная антенна G7FEK
  • Что будет, если в авто поставить аккумулятор большей емкости?
  • Холахуп — приемная антенна на диапазон 160 метров
  • High Tech
    • Планетарные
      • Планетарный редуктор EX
      • Поворотный планетарный редуктор EX/V
      • Коническо-планетарный редуктор EXB
      • Планетарный редуктор (мультиплекатор) EX
      • Комбинированный планетарный редуктор EXR
      • Планетарный одноступенчатый редуктор под гидромотор EX
    • Экструзионные
      • Экструзионный редуктор RXP/EST
      • Экструзионный редуктор RXO-V-EST 700
      • Экструзионный редуктор RXO-V-EST 800
    • Цилиндрические
      • Редуктор для подъемных устройств RXP-E 800
      • Цилиндрический редуктор RXP 800
      • Универсальный цилиндрический редуктор RXP 700
      • Цилиндрический редуктор монтируемый на вал P
      • Цилиндрический редуктор PT
      • Цилиндрический редуктор монтируемый на вал PL
    • Цилиндро-конические
      • Цилиндро-конический редуктор для ковшовых элеваторов RXO-O
      • Цилиндро-конический редуктор универсальный RXV 700
      • Цилиндро-конический редуктор RXO 800
      • Цилиндро-конический редуктор для градирен RXO/TR
      • Цилиндро-конический горнодобывающий редуктор RXM
      • Цилиндро-конический редуктор RXP/MX
      • Цилиндро-конический редуктор O
    • Соосные
      • Соосный одноступенчатый редуктор AR/1
      • Соосный редуктор А
      • Индустриальный соосный редуктор А
  • standard
    • Червячные
      • Червячный редуктор с ограничителем крутящего момента R
      • Цилиндро-червячный редуктор СR
      • Двухступенчатые редукторы RR
      • Червячный редуктор с универсальным корпусом U
      • Червячный редуктор W
    • Конические
      • Угловой редуктор Z
      • Угловой редуктор ZL
    • Вариаторы
  • electronic
    • Электродвигатели с тормозом T-M
    • Электродвигатели VL
    • Электронный вариатор скорости ESV
    • Инверторы I
  • Custom

4 механические автоматические регуляторы частоты вращения

Автоматическим регулятором называется прибор, обеспечивающий автоматическое поддержание заданного значения регулируемого параметра двигателя с заданной точностью.

Элемент автоматического регулятора, измеряющий отклонение какого-либо регулируемого параметра двигателя от его значения в заданном режиме работы, называется чувствительным элементом. Если чувствительный элемент системой соединительных элементов непосредственно связан с органом управления двигателем, то регулятор называется регулятором прямого действия.

Автоматические регуляторы прямого действия в зависимости от типа чувствительного элемента можно подразделять на механические, пневматические, гидравлические и электрические (см. Главу 5). Каждый из этих регуляторов в зависимости от числа регулируемых режимов может быть однорежимным (прецизионным или предельным), двухрежимным или всережимным.

В автомобильных двигателях применяются также автоматические регуляторы непрямого действия. Такие регуляторы, кроме чувствительного элемента, содержат усилительный и вспомогательные элементы. Основными признаками классификации таких регуляторов являются регулируемый параметр и тип примененной обратной связи.

Ниже даны сведения о чувствительных элементах механических регуляторов, понятия об основных характеристиках, и представлены схематичные описания принципов работы регуляторов различных типов.

4.1 Чувствительные элементы и основные характеристики

Чувствительные элементы. Механические чувствительные элементы состоят из вращающихся грузов 2 (рис. 4.1), которые шарнирно укреплены на траверсе 7, кинематически связанной с коленчатым валом двигателя . Грузы лапками 5 опираются на муфту 8 через подшипник. Центробежные силы грузов 2 воспринимаются пружиной (пружинами) 3. Грузы механических чувствительных элементов имеют различные формы в зависимости от требуемой массы и размеров внутренней полости регуляторов.

Рис. 4.1 Схема механического чувствительного элемента (предельный регулятор). 1 – опорная тарелка; 2 – груз; 3 – пружина соосная с муфтой; 4 – ось поворота груза; 5 – лапка; 6 – валик регулятора; 7 – траверса; 8 – муфта; 9 – пружина; 10 — рычаг

Восстанавливающая сила. Восстанавливающей называется приведенная к оси движения муфты сила, направленная на восстановление положения муфты при невращающихся грузах. Такая сила создается в основном пружиной чувствительного элемента. Силы тяжести грузов, рычагов и муфты существенно меньше усилия пружины, поэтому в первом приближении ими можно пренебречь. При перемещении муфты 8 (рис. 4.1) на δz восстанавливающая сила Е равна силе упругости FA пружины 3. Если пружина не соосна с муфтой (например, пружина 9), то из условия равенства работ Eδz = FB∙δyB получим для восстанавливающей силы Е = FB (δyB/δz).

Регуляторы прямого действия часто являются всережимными, причем всережимность обеспечивается изменением в процессе работы предварительной деформации пружины с помощью перемещения опорной тарелки 1 пружины 3 или точки С пружины 9. У таких всережимных механических чувствительных элементов деформация пружины в процессе работы складывается из предварительной деформации ∆ψ, устанавливаемой обслуживающим персоналом путем выбора положений тарелки 1 или точки С, и ∆d — текущей деформации пружины, вызываемой перестановкой муфты. Например, усилие пружины 9 в этом случае определяется по формуле:

где b — жесткость пружины. Тогда восстанавливающая сила будет:

Е = b (∆ψ + ∆d) (δув/δz) = ипb (∆ψ + ∆d), (4.2)

где ип = δyв/δz — передаточное отношение механизма, связывающего муфту с пружиной (рычагом ОВ). Текущая деформация пружины 9 связана с перемещением муфты соотношением ∆d = un∆z, поэтому

где Е0 = unb∆ψ -начальное значение восстанавливающей силы, определяемое предварительной деформацией пружины; bnp = unb — приведенная к муфте жесткость пружины.

Выбор нескольких предварительных деформаций ∆ψi пружины позволяет определить набор характеристик E = f(ψ, z) всережимного, чувствительного элемента (рис. 4.2).

Поддерживающая сила. В процессе работы регулятора появляются силы, которые перемещают муфту и в зависимости от значения регулируемого, параметра удерживают ее в некоторых промежуточных равновесных положениях. Приведенная к муфте сила, которая удерживает муфту в промежуточном положении равновесия, называется поддерживающей. Эта сила в механических чувствительных элементах является приведенной к муфте центробежной силой грузов.

Если r — расстояние от центра тяжести груза до оси вращения, тг — масса груза и ωр — угловая скорость груза, то его центробежная сила (см. рис. 4.1)

Преодолевая восстанавливающую силу Е, центробежные силы перемещают муфту чувствительного элемента вверх на δz, причем сами грузы удаляются от оси вращения по радиусу на расстояние δr. Воздействие центробежных сил Рv грузов на муфту можно заменить одной поддерживающей силой , приложенной к муфте и действующей по оси ее движения. Значение этой силы определяют из условия равенства работ центробежных сил грузов, перемещающихся в направлении действия силы Рv на δr, и искомой силы, перемещающейся на δz:

(4.5)

где iг — число грузов чувствительного элемента; — коэффициент поддерживающей силы.

Как видно коэффициент А зависит от положения муфты, т. е. . Путем умножения каждого значения А на = const можно получить сетку характеристики поддерживающей силы при ряде ωр = const (рис 4.2). В некоторых случаях поддерживающая сила приводится к центру массы груза; тогда она обозначается . Условие равенства работ показывает, что , т.е. характеристика является прямой.

Статические характеристики механического чувствительного элемента. При работающем чувствительном элементе (ωр ≠ 0) его поддерживающая сила , преодолев восстанавливающую силу Е, удерживает муфту в некотором равновесном (установившемся) положении zо, определяемом условием:

Это условие называется уравнением статического равновесия муфты. С помощью таких уравнений определяют равновесные положения муфты zо в зависимости от значения регулируемого параметра ωр и строят статические характеристики (равновесные кривые) ωр = f(z) чувствительного элемента (или регулятора прямого действия). Для их построения необходимо зависимости Е = f(z) и = f(z) при ωр = const совместить на одном графике (рис. 4.2) и определить равновесные положения муфты zoi в виде абсцисс точек пересечения характеристик при известных значениях ωрi = const.

Рис. 4.2 Определение равновесных положений муфты zoi при различных угловых скоростях ωрi по характеристикам сил: ― поддерживающей; — — — восстанавливающей; ● – точки равновесия (E02, ωpi); z2i – равновесное положение муфты в точках равновесия.

Это позволит найти связь между равновесными положениями zoi муфты и соответствующими угловым скоростям ωрi и, следовательно, построить набор равновесных кривых чувствительного элемента ωр= f(z).

Фактор устойчивости регулятора. В процессе работы регулятора могут появиться импульсы сил, вызывающие отклонения муфты от положения равновесия. При таком восстанавливающая сила E оказывается меньше поддерживающей силы , в результате чего создается избыточная сила

возвращающая муфту в исходное положение (по аналогии с фактором устойчивости двигателя, см. формулу (1.5). При отклонении муфты в противоположном направлении восстанавливающая сила Е становится больше поддерживающей , в результате чего избыточная сила

также стремится восстановить нарушенное положение равновесия. Несложно получить, что фактор устойчивости определяется по формуле:

(4.9)

Положительное значение Fp, соответствует устойчивому положению равновесия муфты и чем больше Fp, тем выше устойчивость. При отрицательном значении Fp, положение равновесия является неустойчивым. Случай Fp = 0 свидетельствует о том, что характеристики = f(z) и Е = f(z) совпадают, и положение равновесия муфты является неопределенным. Такой регулятор называется астатическим.

Степень неравномерности. Регулятор ставится на двигатель для того, чтобы ограничить его обороты (и уменьшить подачу топлива) при сбросе нагрузки от полной до холостого хода. Тем не менее, число оборотов двигателя (следовательно, и регулятора) будет увеличиваться от до (двигатель) и от до (регулятор), так как вал регулятора кинематически жестко связан с валом двигателя. В результате образуется так называемая регуляторная характеристика и регулятор должен устойчиво работать, по крайней мере, в диапазоне , подчиняясь условию статического равновесия. В этой связи важной характеристикой регулятора является степень неравномерности, определяемая по формуле:

(4.10)

Отметим, что эта величина связана с фактором устойчивости по соотношению:

если предположить, что регуляторная характеристика является прямой линией.

Степень нечувствительности. Для перемещения рейки топливного насоса на нее нужно воздействовать некоторой силой. Обозначим эту силу, приведенную к оси движения муфты регулятора, через f. Так как сила f всегда направлена в сторону, противоположную направлению перемещения муфты, то в уравнение равновесия (4.6) она должна быть включена с двойным алгебраическим знаком:

Из этого уравнения можно найти два предельных значения угловой скорости:

(4.13)

соответствующих одному и тому же положению муфты: — при увеличении угловой скорости грузов, а — при ее уменьшении. При наличии силы f в интервале угловых скоростей — чувствительный элемент не реагирует на изменение угловой скорости валика регулятора, поэтому указанный интервал угловых скоростей называется областью нечувствительности, регулятора.

Для характеристики нечувствительности регулятора введено понятие степени нечувствительности:

Подстановка сюда выражений (4.12) с учетом того, что f << Е, приводит к отношению или в соответствии с уравнением (4.6):

Из формулы (4.15) следует, что с уменьшением угловой скорости грузов регулятора его степень нечувствительности увеличивается, так как значения поддерживающей и восстанавливающей сил при этом уменьшаются.

4.2 Автоматические механические регуляторы прямого действия

Предельные регуляторы. Регуляторы такого типа включаются в работу только при превышении двигателем номинального скоростного режима. Для этого пружина 3 регулятора (см. рис. 4.1) устанавливается с такой предварительной деформацией, которая обеспечивает преодоление поддерживающей силы грузов 2 на всех скоростных режимах до номинального включительно (точка А на рис. 4.3).

При достижении угловой скорости ωпред в точке С усилие пружины 3 (см. рис. 4.1) уравновешивается центробежными силами грузов 2, и при дальнейшем увеличении ω муфта 8 перемещается вверх, а рейка топливного насоса — в сторону выключения подачи топлива. Крутящий момент двигателя при этом уменьшается в соответствии с регуляторными характеристиками 5, 6 и т. д. (рис. 4.3,б). При угловой скорости вала, меньшей ωпред, двигатель работает при ручном управлении, т.е. практически без регулятора. При необходимости сменить частичную скоростную характеристику двигателя и, следовательно, скоростной режим необходимо воздействовать непосредственно на рейку топливного насоса, т. е. перемещать, например, точку 0 на рис. 4.1.

Прецизионные регуляторы прямого действия. Прецизионными называются такие однорежимные регуляторы, которые снабжены приспособлениями, позволяющими увеличивать точность поддержания заданного скоростного режима. Работа такого регулятора начинается при ω < ωном (точка D на рис. 4.3), при которой. Дальнейшее увеличение ωр приводит к образованию регуляторной характеристики (штриховая линия на рис. 4.3,б) с малой степенью неравномерности, так как пружина 4 (рис. 4.4) имеет незначительную жесткость. При такой пружине регулятор с повышенной точностью (прецизионно) поддерживает заданный (номинальный) скоростной режим при всех нагрузках. Однако при уменьшении жесткости пружины регулятора снижается устойчивость его работы (уменьшается значение dE/dz в формуле (4.9) и, следовательно, значение Fр).

Для обеспечения устойчивой .работы регулятора его конструкция дополняется упруго присоединенным катарактом 11 с пружиной 9. При перемещении точки А влево поршень 10 отстает, пружина 9 растягивается, и ее усилие суммируется с усилием пружины 4, суммарная жесткость увеличивается, вследствие чего увеличиваются dE/dz и значение Fр, и регулятор работает устойчиво.

Всережимные регуляторы прямого действия. В автомобильных двигателях часто используются всережимные механические регуляторы прямого действия двух типов: с переменной предварительной деформацией пружин (рис. 4.5) и с постоянной предварительной деформацией пружин

Возможность изменять предварительную деформацию пружин в процессе работы создает всережимность регулирования. Так, предварительная деформация пружины, создающая усилие Ео1 дает статическую характеристику 8 восстанавливающей силы (рис. 4.6,а), предварительная деформация с усилием Е02 — характеристику 10 и т. д. Каждой из таких статических характеристик соответствует своя равновесная кривая и, следовательно, своя регуляторная характеристика 2, 3, 4 и др. на рис. 4.6,б. В частности, характеристика 2 на рис. 4.6, б соответствует характеристике 8 на рис. 4.6, а и т. д.

Рис. 4.5 Всережимный механический регулятор прямого действия:

1, 11 – рычаги; 2 – маслоподводящий щиток; 3 – винт регулировки степени неравномерности; 4 – хомутик; 5 – пружина; 6 – планка; 7 – чашка; 8 – пробка; 9, 10 – тяги к рейки топливного насоса; 12 – упор; 13 – коническая тарелка; 14 – груз; 15 – траверса; 16 – упорный диск; 17 — муфта

В схеме 4.5 усилие, развиваемое чувствительным элементом, через упорный диск 16. муфту 17 и рычаг 1 передается пружине 5, работающей на растяжение. Верхний конец рычага 1 тягами 9 и 10 соединен с рейкой топливного насоса.

Рис. 4.6 Характеристики регулятора и двигателя при всережимном регулировании:

а) регулятора (1…7 — ; 8…11 – E = f(z) регулятора с переменной предварительной деформацией пружин; 12 – E = f(z) регулятора с постоянной предварительной деформацией пружин); б) двигателя (1 – внешняя скоростная характеристика; 2…6 – регуляторные характеристики; 8 – регуляторная характеристика холостого хода; 9 – номинальная характеристика нагрузки; 10 –характеристика нагрузки холостого хода)

При повороте рычага управления 11 в крайне левое положение (до левого упора) установится минимальная предварительная деформация пружины 5 с усилием Ео1, уравновешивающим центробежную силу грузов при ωmin; в связи с этим при увеличении ω пружина 5 растягивается (характеристика 8 на Рис. 4.6,а) и рейка перемещается в сторону уменьшения подачи топлива (регуляторная характеристика 2 на Рис. 4.6,б). При желании увеличить скоростной режим рычаг 11 (см. Рис. 4.5) поворачивают вправо. При крайне правом положении рычага 11 (правый упор ) предварительная деформация пружины оказывается максимальной, рассчитанной так, что растяжение ее (характеристика 11 на Рис. 4.6,а) под действием центробежных сил начнется только при достижении номинального скоростного режима (точка С на Рис. 4.6,б).

4.3 Автоматические регуляторы непрямого действия

В тех случаях, когда по условиям работы двигателя регуляторные характеристики могут быть статическими (см. рис. 4.6,б), используют регуляторы с жесткой обратной связью. Если при всех нагрузках необходимо обеспечить точное поддержание заданного скоростного режима, следует использовать изодромные регуляторы с гибкой обратной связью.

Рис. 4.7 Схема автоматического регулятора непрямого действия с жесткой обратной связью: 1 – приводной валик; 2 – масляный насос ; 3 – масляный аккумулятор; 4 – зубчатое колесо; 5 – сектор изменения предварительной деформации пружины; 6 – опора пружины; 7 – пружина; 8 – груз; 9 – муфта; 10 – траверса; 11 – рычаг жесткой обратной связи; 12 – поршень; 13 – золотник; 14 — шток

Функциональные элементы В большинстве рассматриваемых регуляторов чувствительные элементы являются механическими и представляют собой вращающиеся грузы 8 (рис. 4.7), центробежная сила которых воспринимается пружиной 7 переменной жесткости. При малой угловой скорости грузов вначале деформируются витки большого диаметра, имеющие наименьшую жесткость. После соприкосновения с последующими витками они практически выключаются из работы, вследствие чего деформируются витки меньшего диаметра, имеющие большую жесткость. Постепенное увеличение жесткости пружины чувствительного элемента в соответствии с увеличением угловой скорости грузов обеспечивает возможность получения требуемых значений степени неравномерности в широком диапазоне скоростных режимов двигателя.

Рис. 4.8 Схемы серводвигателей:

В качестве усилительных элементов в регуляторах непрямого действия почти исключительное применение получили гидравлические серводвигатели, представляющие собой цилиндр с поршнем 12 и штоком 14, перемещения, которых зависят от подачи в их полости рабочей жидкости (обычно масла). Управление подачей жидкости осуществляет золотник 13, связанный с муфтой чувствительного элемента. Шток 14 кинематически жестко связан с рейками топливных насосов.

При увеличении угловой скорости ωр центробежная сила грузов 8 преодолевает усилие, создаваемое пружиной 7, и перемещает муфту 9 вверх. Верхняя полость серводвигателя при этом соединяется с центральной полостью золотника 13, куда из масляного аккумулятора 3 поступает масло высокого давления р1 ≈ 0,8 МПа. Нижняя полость серводвигателя при этом оказывается связанной со сливным каналом, вследствие чего в нижней полости (под поршнем) устанавливается давление р2 << р1. Если Sп — рабочая площадь поршня серводвигателя, то перепад давлений р1 — р2 в его полостях создает перестановочное усилие Ес = Sn(p1 – р2), используемое для перемещения рейки топливного насоса.

В некоторых регуляторах используется серводвигатель с дифференциальным поршнем 5 (рис. 4.8, а). Поршень находится в покое, если золотник 4 перекрывает проходное сечение канала 2. При смещении золотника 4 вниз верхняя и нижняя полости серводвигателя заполняются маслом при высоком давлении р1. Так как существует разность рабочих площадей поршня Sп1 и Sп2, возникает перестановочное усилие Ес = р1(Sп1 — Sп2), направленное вверх. При смещении золотника 4 вверх нижняя полость серводвигателя каналом 2 соединяется со сливом, и давление в ней понижается до р2. Вследствие этого на поршень серводвигателя будет действовать сила Ес = р1 Sп1 — р2 Sп2, направленная вниз.

В серводвигателях простого действия (рис. 4.8, б) масло подводится только в нижнюю полость серводвигателя, а верхнюю его полость занимает пружина 7. Перестановочное усилие Ес, направленное вверх, возникает при смещении золотника 4 вниз; при этом Ес = p1Sn — by, где b — жесткость пружины; у — ее деформация. При смещении золотника 4 вверх нижняя полость соединяется со сливом (давление р2), поэтому появляется усилие Ес = by – p2Sn, направленное вниз. В некоторых случаях удобно использовать серводвигатели с поворотным поршнем (рис. 4.8, в) или золотник, соосный с движением поршня (рис. 4.8, г).

Золотник 4, выполняющий функции органа управления серводвигателем, в своем движении связан с муфтой чувствительного элемента через систему соединительных элементов (. Рис 4.7).

Для повышения чувствительности регулятора применяют специальные меры, уменьшающие силу трения золотника. Наиболее эффективным методом является вращение золотника или его .втулки при работе регулятора

Рубрики: Статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *