Центробежный регулятор
Центробежный регулятор — это особый тип регулятора с системой обратной связи, которая контролирует скорость двигателя , регулируя поток топлива или рабочей жидкости , чтобы поддерживать почти постоянную скорость. Он использует принцип пропорционального управления .
Центробежные регуляторы, также известные как «центробежные регуляторы» и «шаровые регуляторы», были изобретены Христианом Гюйгенсом и использовались для регулирования расстояния и давления между жерновами на ветряных мельницах в 17 веке. [1] [2] В 1788 году Джеймс Уатт приспособил один для управления своей паровой машиной , регулируя поступление пара в цилиндр (ы), [3] разработка, которая оказалась настолько важной, что его иногда называют изобретателем. Центробежные регуляторы наиболее широко использовались в паровых двигателях в эпоху пара в 19 веке. Они также встречаются на стационарных двигателях внутреннего сгорания и турбинах с различным топливом , а также в некоторых современных часах с боем .
Простой регулятор поддерживает не точную скорость, а определенный диапазон скоростей, поскольку при увеличении нагрузки регулятор открывает дроссель при уменьшении скорости (об/мин).
Операция
[ редактировать ]
Показанные устройства установлены на паровых двигателях. Мощность на регулятор подается от выходного вала двигателя ремнем или цепью, соединенной с нижним ременным колесом. Регулятор соединен с дроссельным клапаном, регулирующим поток рабочей жидкости (пара), питающей первичный двигатель . По мере увеличения скорости первичного двигателя центральный шпиндель регулятора вращается с большей скоростью, и кинетическая энергия шариков увеличивается. Это позволяет двум массам на рычагах двигаться наружу и вверх против силы тяжести. Если движение заходит достаточно далеко, это движение приводит к тому, что плечи рычага опускаются вниз на упорный подшипник , который перемещает рычажный механизм балки, что уменьшает отверстие дроссельной заслонки. Таким образом, снижается скорость поступления рабочей жидкости в цилиндр и контролируется скорость первичного двигателя, предотвращая превышение скорости.
Механические упоры можно использовать для ограничения диапазона движения дроссельной заслонки, как видно рядом с массами на изображении справа.
Негравитационное регулирование
[ редактировать ]Ограничением двухрычажного регулятора с двумя шарами является его зависимость от силы тяжести, а также то, что регулятор должен оставаться в вертикальном положении относительно поверхности Земли, чтобы сила тяжести втягивала шары, когда регулятор замедляется.
Можно построить регуляторы, которые не используют силу гравитации, используя один прямой рычаг с грузами на обоих концах, центральную ось, прикрепленную к вращающейся оси, и пружину, которая пытается подтолкнуть грузы к центру вращающейся оси. Два груза на противоположных концах поворотного рычага уравновешивают любые гравитационные эффекты, но оба груза используют центробежную силу, воздействуя на пружину и пытаясь повернуть поворотный рычаг в направлении перпендикулярной оси относительно вращающейся оси.
Негравитационные регуляторы с пружинным механизмом обычно используются в однофазных переменного тока (AC) асинхронных двигателях для отключения пусковой катушки возбуждения , когда скорость вращения двигателя достаточно высока.
Они также широко используются в (CVT) снегоходов и вездеходов (ATV бесступенчатых трансмиссиях ) как для включения / выключения движения транспортного средства, так и для изменения соотношения диаметров шкивов трансмиссии в зависимости от количества оборотов двигателя в минуту .
История
[ редактировать ]
Центробежные регуляторы были изобретены Христианом Гюйгенсом и использовались для регулирования расстояния и давления между жерновами на ветряных мельницах в 17 веке. [4] [5]
Джеймс Уотт спроектировал своего первого губернатора в 1788 году по предложению своего делового партнера Мэтью Бултона . Это был конический маятниковый регулятор, один из последних нововведений, которые Уотт применил для паровых двигателей. Гигантская статуя губернатора Уотта стоит в Сметвике в английском Уэст-Мидлендсе .
Использование
[ редактировать ]Центробежные регуляторы наиболее широко использовались в паровых двигателях в эпоху пара в 19 веке. Они также встречаются на стационарных двигателях внутреннего сгорания и турбинах с различным топливом , а также в некоторых современных часах с боем .
Центробежные регуляторы используются во многих современных часах с репетиром для ограничения скорости боя , чтобы репетир не работал слишком быстро.
Другой тип центробежного регулятора состоит из пары масс на шпинделе внутри цилиндра, причем массы или цилиндр покрыты колодками, что-то вроде центробежного сцепления или барабанного тормоза . Он используется в подпружиненном проигрывателе пластинок и подпружиненном телефонном наборе номера для ограничения скорости.
Динамические системы
[ редактировать ]Центробежный регулятор часто используется в когнитивных науках как пример динамической системы , в которой представление информации не может быть четко отделено от операций, применяемых к представлению. А поскольку регулятор представляет собой сервомеханизм , его анализ в динамической системе нетривиален. В 1868 году Джеймс Клерк Максвелл написал знаменитую статью « О губернаторах ». [6] это широко считается классикой теории управления с обратной связью . Максвелл различает модераторы (центробежный тормоз ) и регуляторы, которые контролируют подвод движущей силы . Он рассматривает устройства Джеймса Уотта , профессора Джеймса Томсона , Флиминга Дженкина , Уильяма Томсона , Леона Фуко и Карла Вильгельма Сименса (жидкий губернатор).
Естественный отбор
[ редактировать ]В своей знаменитой статье 1858 года, опубликованной в Линнеевском обществе , которая побудила Дарвина опубликовать «Происхождение видов» , Альфред Рассел Уоллес использовал губернаторов как метафору эволюционного принципа :
Действие этого принципа совершенно аналогично действию центробежного регулятора паровой машины, который проверяет и исправляет любые отклонения почти до того, как они станут очевидными; и точно так же ни один несбалансированный недостаток в животном мире не может когда-либо достичь сколько-нибудь заметной величины, потому что он даст о себе знать на самом первом этапе, сделав существование трудным и почти наверняка вскоре последующим вымиранием. [7]
Бейтсон вновь обратился к этой теме в своей книге 1979 года « Разум и природа: необходимое единство» , а другие учёные продолжили исследование связи между естественным отбором и теорией систем . [8]
Культура
[ редактировать ]Центробежный губернатор является частью городской печати Манчестера, штат Нью-Гэмпшир в США, а также используется на городском флаге. Попытка изменить дизайн в 2017 году была отклонена избирателями. [9]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хиллз, Ричард Л. (1996), Power From Wind , издательство Кембриджского университета
- ^ Беллман, Ричард Э. (8 декабря 2015 г.). Процессы адаптивного управления: экскурсия . Издательство Принстонского университета. ISBN 9781400874668 . Проверено 13 апреля 2018 г. - через Google Книги.
- ^ Кембриджский университет: паровые двигатели и теория управления
- ^ Хиллз, Ричард Л. (1996), Сила ветра , издательство Кембриджского университета
- ^ Беллман, Ричард Э. (8 декабря 2015 г.). Процессы адаптивного управления: экскурсия . Издательство Принстонского университета. ISBN 9781400874668 . Проверено 13 апреля 2018 г. - через Google Книги.
- ^ Максвелл, Джеймс Клерк (1868). «О губернаторах». Труды Лондонского королевского общества . 16 : 270–283. дои : 10.1098/rspl.1867.0055 . JSTOR 112510 .
- ^ Уоллес, Альфред Рассел. «О склонности разновидностей к бесконечному отклонению от исходного типа» . Проверено 18 апреля 2009 г.
- ^ Смит, Чарльз Х. «Незаконченное дело Уоллеса» . Сложность (издатель Wiley Periodicals, Inc.) Том 10, № 2, 2004 г. Проверено 11 мая 2007 г.
- ^ Granite Geek: «Флаг Манчестер Сити прославляет одно из самых крутых изобретений промышленной революции - к счастью, они не изменят его»
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные с центробежными регуляторами, на Викискладе?
