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 адаптировал один из них для управления своей паровой машиной , где он регулирует 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).
.jpg/1280px-Centrifugal_governor_and_balanced_steam_valve_(New_Catechism_of_the_Steam_Engine,_1904).jpg)
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 идет достаточно далеко, это движение приводит к тому, что плечи рычага опускаются вниз на упорный подшипник , который перемещает рычажную систему 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.
Ограничением двухрычажного регулятора с двумя шарами является его зависимость от гравитации, а также то, что регулятор должен оставаться в вертикальном положении относительно поверхности Земли, чтобы сила тяжести втягивала шары, когда регулятор замедляется.
Можно построить регуляторы, не использующие 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 асинхронных двигателях переменного тока (AC) для отключения пусковой катушки возбуждения , когда скорость вращения двигателя достаточно высока.
Они также широко используются в бесступенчатых трансмиссиях (CVT) снегоходов и вездеходов (ATV) как для включения/выключения движения транспортного средства, так и для изменения соотношения диаметров шкивов трансмиссии в зависимости от количества оборотов двигателя в минуту .
Центробежные регуляторы были изобретены Христианом Гюйгенсом и использовались для регулирования расстояния и давления между жерновами на ветряных мельницах в 17 веке. [4] [5]
Джеймс Ватт 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 .
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.
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] , которую многие считают 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).
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 царстве никогда не может 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]
Бэйтсон вернулся 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]
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]
СМИ, связанные с центробежными регуляторами, на Викискладе?