книги / Элементы автоматики и счетно-решающие устройства
..pdfтически только вследствие изменения Яд, т. е. при заданном / опре деляется величиной возможного изменения напряжения источника
питания |
по |
отношению |
|
||||||
к минимально |
необходи |
|
|||||||
мой |
(U = IR). На |
рис. 3.8 |
|
||||||
показаны для |
этого |
слу |
|
||||||
чая |
кривые |
нарастания |
|
||||||
тока в обмотке (при |
раз |
|
|||||||
ных Яд и U/R0= const). |
|
||||||||
Для |
более |
значитель |
|
||||||
ного изменения tcp (в 5— |
|
||||||||
10 раз) |
применяются спе |
|
|||||||
циальные способы, из |
ко |
|
|||||||
торых |
наиболее |
распро |
|
||||||
страненные |
показаны |
на |
|
||||||
рис. 3.9. |
|
|
|
|
|
|
|||
На рис. 3.9, а приведе |
|
||||||||
на схема ускорения |
|
сра |
|
||||||
батывания |
реле |
с |
|
по |
Рис. 3.8. К регулированию top при - = |
||||
мощью |
шунтирования до |
= const |
|||||||
бавочного |
сопротивления |
||||||||
|
|||||||||
Ля |
конденсатором |
|
С. |
|
В этом случае при замыкании ключа ток I переходного режима про
ходит не через Яд, а через конденсатор, представляющий для него очень малое сопротивление, и может быстро нарастать до значи-
Рис. 3. 9. Схемы ускорения и замедления срабатыва ния электромагнитных реле
тельной величины. Этим объясняется ускорение процесса срабаты вания. За малый интервал времени существования тока переход ного режима он не успеет перегреть обмотку реле, а установив
шееся значение тока /, проходящего через сопротивление Яя (так
как конденсатор не пропускает постоянного тока), будет значи тельно меньше и не вызовет перегрева обмотки. Кривая переходного процесса для этой схемы показана на рис. 3.8 пунктиром. Ориенти ровочный выбор величины емкости конденсатора может быть сде лан по условию
106 [мкф]. |
(3.14) |
АКд
Время срабатывания реле в такой схеме будет тем меньше, чем больше емкость конденсатора и чем больше величина отношения Ra/R. Максимально возможную величину /?д выбирают по условию
минимально допустимого установившегося тока:
/ |
= _____ Ц.___ \ / |
т|П |
D ID |
|
^ + Лд max |
На рис. 3. 9, б приведена схема замедления срабатывания реле |
с помощью шунтирования его обмотки конденсатором С. В этом случае при замыкании ключа ток I переходного режима вначале проходит через емкость, обходя индуктивность L реле, представ
ляющую для него значительное сопротивление. Ток в обмотке реле начинает нарастать только к концу переходного режима, когда скорость изменения тока i становится уже небольшой, что и вызы
вает замедление срабатывания, пропорциональное величине емко сти конденсатора С. Величина установившегося тока по-прежнему
определяется суммой добавочного сопротивления /?д и сопротив ления реле R.
На рис. 3. 9, в приведена схема замедления срабатывания реле
с помощью дополнительной короткозамкнутой обмотки II, обла дающей индуктивностью LK и очень незначительным активным сопротивлением RK. Эту обмотку часто изготовляют в виде массив
ной медной втулки, надеваемой на сердечник магнитопровода реле под основной обмоткой и являющейся короткозамкнутым витком. При переходном режиме включения реле в этой втулке индуктиру ется ток, создающий магнитный поток Фк, противоположный по направлению основному магнитному потоку Ф и задерживающий его нарастание. Время нарастания магнитного потока Ф до вели чины Фср удлиняется и время срабатывания реле увеличивается (рис. 3.9, в).
3 .1 .4 . Поляризованные реле
Поляризованное реле отличается от обычного электромагнит ного реле наличием дополнительного постоянного магнита, а также зависимостью направления перемещения якоря от полярности на магничивающего тока. В сочетании с высокой чувствительностью, большим коэффициентом управления и малым временем срабаты вания возможность реагирования на полярность управляющего
сигнала делает поляризованные реле незаменимыми в маломощной автоматике, в особенности для маломощных электрических следя щих систем, в которых направление вращения электродвигателя должно зависеть от полярности управляющего сигнала.
Принципиальная схема одного из вариантов конструкции по ляризованного реле показана на рис. 3. 10. Основными деталями конструкции являются намагничивающие катушки 1 и 2, создаю щие в стальном ярме 3 магнитный поток Фэ одинакового направ ления, и постоянный магнит 4, создающий магнитный поток Ф0.
Рис. 3.10. Поляризованное реле:
Л 2—кату ш ки ; 3—я р м о ; 4—м агн и т; 5—як о р ь; 5—к о н т а к т ы
Поток Ф0 проходит через стальной подвижной якорь 5 и разветв ляется по двум частям ярма на потоки Ф1 и Ф2. Первый из них
совпадает с направлением магнитного потока намагничивающих катушек, а другой противоположен ему. Перемещение якоря в воздушном зазоре ярма ограничивается неподвижными контак тами 6. На конце якоря имеется средний контакт, замыкающийся
в зависимости от полярности управляющего сигнала в намагничи вающих катушках с левым или правым неподвижным контактом.
Принцип работы поляризованного реле заключается в сле дующем. При отсутствии управляющего сигнала (т. е. потока Фэ)
на якорь, установленный в нейтральное (вертикальное) |
положение, |
в котором Ф1 = Фг= Фо/2, слева и справа действуют |
одинаковые |
силы притяжения (3. 7): |
|
F |
п р |
= F |
лев |
= |
*0 |
|
1 |
|
л |
|
4-2(i0SB |
||
|
|
|
|
|
|
|
где 5 В— площадь сечения |
воздушного зазора. |
|||||
Результирующая сила F, |
действующая на якорь, равна нулю, |
и он должен находиться в равновесии. Однако это равновесие ни
чем не поддерживается и является неустойчивым, т. е. практически никогда не может быть достигнуто. Достаточно хотя бы очень не большого смещения якоря от нейтрального положения, чтобы из менились величины магнитного сопротивления воздушных зазоров слева и справа от якоря, а значит, и величины магнитных потоков.
Для положения, показанного на рис. 3. 10,
Ф1 = -^ + Д Ф ; Фа= - |2 — ДФ,
где ДФ — изменение величины потоков Ф1 и Фг при перемещении
якоря.
Следовательно, результирующая сила F уже не будет равна
нулю и заставит якорь двигаться влево (или вправо в зависимости от начального смещения якоря), причем величина ее по мере дви жения якоря будет все время нарастать:
Р — Р |
_ р |
фг ~ ф1 _ |
2Ф0АФ |
(3.15) |
|
лев |
пр |
2fi0SB |
2nS. |
||
|
Движение якоря прекратится, когда он коснется неподвижного
контакта. При этом |
силу f |
притяжения якоря, |
создающую |
кон |
|
тактное давление, можно подсчитать приближенно (рис. 3. 10) |
сле |
||||
дующим образом. |
магнитных сопротивлений |
левой и правой |
|||
Средние значения |
|||||
частей воздушного зазора упрощенно |
выразим в виде |
|
|||
|
|
5 |
|
|
|
|
* |
с |
> |
|
|
|
^ л е в |
|
|
Япр
f*05B
По аналогии с законами электрических цепей для потоков в двух параллельных магнитных цепях можно написать равенства (пренебрегая магнитным сопротивлением стали)
Ф0 = Ф 1+ Ф2,
Ф| _ ^пр ^лев откуда легко найти соотношения
|
|
Кпр |
|
В |
ф 1 = |
ф 0 ^?пр |
Фп |
Т + * |
|
Клев |
|
5 |
||
|
Клев |
|
- — х |
|
Ф 2 = |
= Фп |
|
||
Ф 0 |
~Ь Клео |
|
||
|
^ п р |
|
|
Отсюда определим величину ДФ: |
|
|
|
ДФ = ф1 |
^ |
= Ф |
* |
Подставляя это выражение в формулу |
(3. 15), получим выраже |
||
ние для силы притяжения якоря выключенного реле: |
|||
f =JL |
2дг |
HQSB |
(3 .16> |
2fxo5B |
& |
5 |
Сила притяжения якоря, как следует из полученного выраже ния, пропорциональна квадрату магнитного потока постоянного1 магнита и смещению якоря х, зависящему от смещения Хо контакта
относительно нейтральной линии (т. е. от регулировки контакта). Теперь в обмотку реле надо подать управляющий сигнал такой полярности, чтобы создать поток Фэ в направлении, указанном на рис. 3.10 стрелкой, по величине больший, чем поток ДФ, прижи мающий якорь к левому контакту. Тогда якорь реле перебросится в правое положение, а если затем изменить полярность сигнала, то он вернется опять в левое положение. Следовательно, положение якоря и замыкание контактов зависят от полярности управляющего
сигнала. Условием срабатывания реле будет неравенство
Ф9> ДФ.
Общие величины магнитных потоков в левой и правой частях воздушного зазора будут равны соответственно
Ф„ Фо+Д Ф — ф9;
Фпр= ^ -° -Д Ф + Ф9.
После перехода якоря в правое положение знаки ДФ в этих выра жениях изменятся. Поэтому, полагая, что ФЭ=ДФ, получим дляь правого положения якоря
Флев= —— 2ДФ; 2
®„P = f + 2 A ® .
При этом результирующая сила притяжения якоря
®лев ®пр_4ФрАФ |
2‘1>о .— = 2F |
(3.17) |
|
2i*oSB |
2(4)SB |
Ио$в |
|
будет по крайней мере вдвое больше, чем сила притяжения в не>- рабочем положении (при отсутствии управляющего сигнала). В от личие от обычного электромагнитного реле силы, создаваемые на
магничивающей катушкой и постоянным магнитом, играющим роль, аналогичную роли упругих пружин электромагнитного реле, скла дываются. Этим и объясняется, что при очень малой управляющей мощности поляризованные реле могут управлять относительно мощными электрическими цепями. Время срабатывания реле мало благодаря тому, что после перехода якорем нейтрального положе ния сила притяжения быстро возрастает, в то время как противо действующая сила падает до нуля.
Рис. 3.11. Способы настройки контактов реле
Магнитодвижущую силу, необходимую для срабатывания по ляризованного реле, можно определить из условия
|
_ * |
лч _ |
( / « 0 |
с р |
|
|
дф = фоТ |
= ф9- |
— |
р, |
|
откуда |
|
|
|
|
|
' |
N = (fw )cp = - ^ - - x , |
(3.18) |
т. е. магнитодвижущая сила срабатывания пропорциональна вели чине потока постоянного магнита и смещению якоря х, когда он
притянут к ярму. Из сравнения формул (3. 17) и (3. 18) видно, что для заданной конструкции поляризованного реле требования по лучения максимального контактного давления и минимальной маг нитодвижущей силы срабатывания противоречивы. При регулиров ке контактов увеличение Хо дает увеличение контактного давления,
но одновременно увеличивает магнитодвижущую силу срабатыва ния и наоборот.
В рассмотренном реле неподвижные контакты были расположе ны по обе стороны от нейтральной линии магнитной системы. При такой н е й т р а л ь н о й н а с т р о й к е (рис. 3. 11, а) контактов якорь реле при выключении управляющего сигнала остается в том же положении, в котором он был при включенном управляющем сигнале. Для переключения якоря в другое положение необходимо приложить управляющий импульс другой полярности, после сня тия которого якорь опять останется в том же положении.
Изменяя расположение неподвижных контактов, можно осуще
ствить и другой режим |
работы реле. На рис. 3. 11, б показана |
н а- |
с т р о й к а к о н т а к т |
о в «на п р е о б л а д а н и е » , когда |
один |
из контактов выдвигается за нейтральную линию. В этом случае* при выключенном реле якорь будет всегда оставаться на левом (или правом, если за нейтральную линию выдвинуть левый кон такт) контакте, так как во всем возможном диапазоне его переме щений результирующая сила притяжения, создаваемая постоянным магнитом, всегда направлена влево. Этого же результата можно добиться и при нейтральном регулировании контактов созданием, некоторой магнитной асимметрии, при которой результирующая сила притяжения всегда будет действовать в одну сторону.
На рис. 3. 11, в показана т р е х п о з и ц и о н н а я н а с т р о й к а реле, когда якорь при выключенном управляющем сигнале удер живается в среднем нейтральном положении с помощью специаль ных пружинок или закрепляется на плоской пружине, упругость которой создает устойчивость равновесия в среднем положении. Такой тип реле особенно пригоден для следящих систем, когда необходимо выключать электродвигатель в момент согласования осей, т. е. при отсутствии управляющего сигнала.
Отечественная промышленность серийно выпускает высокочув ствительные малогабаритные поляризованные реле РП-4 (с ней тральной настройкой), РП-5 (с трехпозиционной настройкой) и РП-7 (с настройкой на преобладание), основные данные которых приведены в табл. 3.1. Примерно такие же данные у реле серии РПС.
|
|
|
|
|
|
Таблица |
З.Г |
|
|
|
Основные данные поляризованных реле РП |
|
|
||||
|
Макси |
|
|
|
Зазор |
|
|
|
|
мальная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
между |
|
|
|
|
Тип |
частота |
(/«Оср |
Рср |
^ср |
Примечание |
|
||
контак |
|
|||||||
|
включе |
ав |
мвт |
мсек |
тами |
|
|
|
|
ний |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мм |
|
|
|
|
|
в 1 сек |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PJI-4 |
200 |
1—4 |
0,01—0,16 |
2,5—4,5 |
0,08 |
Контакты |
сере |
|
РП-5 |
200 |
1—4 |
0,01—0,16 |
7—13 |
2X0,1 |
бряные. |
.Макси |
|
мальный длительно |
||||||||
|
100 |
|
|
|
|
пропускаемый |
ток: |
|
РП-7 |
4—10 |
0,16—1,0 |
3 -5 |
0.1 |
0,2 а |
|
|
3.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕЛЕ
Электронным реле называется устройство, состоящее из элек тромагнитного реле и электронной лампы, выполняющей функции усилителя. Наличие усиления позволяет значительно снизить (до
10~8— 10-12 вт) мощность срабатывания такого устройства. Вместо
электронных ламп в последнее время часто используются полупро водниковые триоды *.
3. 2.1. Принцип действия
Рассмотрим принцип действия электронного реле на примере схемы, представленной на рис. 3. 12. При наличии напряжения U
питания через обмотку электромагнитного реле будет протекать
анодный ток / а. Подадим |
на управляющую сетку С лампы через |
||||||||
сопротивление |
смещения |
R c постоянное отрицательное |
напряже |
||||||
ние смещения |
Uc0 такой величины, чтобы анодный ток был немно |
||||||||
го меньше, чем ток отпускания / от электромагнитного реле. |
|
Кон |
|||||||
|
|
такты |
реле |
будут |
|
при |
|||
|
|
этом |
разомкнуты. |
|
Если |
||||
|
|
теперь на |
сопротивление |
||||||
|
|
Rc подать положительное |
|||||||
|
|
по отношению к катоду К |
|||||||
|
|
напряжение |
сигнала |
Ux, |
|||||
|
|
то отрицательное |
напря |
||||||
|
|
жение |
смещения |
Uc |
на |
||||
|
|
сетке |
уменьшится, |
|
анод |
||||
|
|
ный ток увеличится и ста |
|||||||
|
|
нет больше, чем / Ср. Реле |
|||||||
|
|
сработает, |
т. е. |
его |
кон |
||||
|
|
такты замкнутся. При сня |
|||||||
|
|
тии |
Ux |
анодный |
|
ток |
|||
|
|
уменьшится |
и реле опять |
||||||
|
|
разомкнет |
|
контакты |
уп |
||||
|
|
равляемой |
электрической |
||||||
|
|
цепи. |
|
|
|
|
|
|
|
По обмотке реле проходит анодный ток, и на ее сопротивлении R падает часть напряжения U, создаваемого источником анодного
питания, т. е.
и л= и - 1 Л
Подставим это выражение в известное уравнение для анодного тока лампы:
U - U r t + y.Uc-I»R
Ri
* Ю. И. Конев, Полупроводниковые триоды в автоматике, изд. «Советское радио», 1960.
Отсюда найдем уравнение для анодного тока в случае |
наличия |
|
в анодной цепи обмотки электромагнитного реле: |
|
|
j |
V-Uc+tf — UbQ |
(3.19) |
а |
.Rt + R |
|
где р — статический коэффициент усиления лампы; Uao— так называемое «напряжение приведения» лампы;
U Q = U cO"f"'^3C*
Внутреннее сопротивление R%электронной лампы по отношению
к электромагнитному реле играет роль добавочного активного со противления, уменьшая постоянную времени
Т— R + Rt
электромагнитного реле, т. е. и его время срабатывания. Если ве личина времени срабатывания электромагнитного реле имеет су щественное значение, то это всегда необходимо учитывать.
Наличие начального анодного тока обычно нежелательно, так как он может вызвать произвольное срабатывание реле, что осо бенно важно при выборе режима работы высокочувствительных электромагнитных реле. Для компенсации начального анодного тока используют либо дополнительную батарею Ес0, запирающую
электронную лампу при отсутствии сигнала, либо специальные схе мы электронных реле (например, мостовую).
Питание электронного реле может быть осуществлено и пере менным напряжением. В этом случае анодный ток будет проте кать только в течение положительного полупериода анодного на пряжения и величина его будет меняться периодически. Электро магнитное реле будет реагировать на действующее значение этоп> тока, во вследствие наличия переменной составляющей его работа
ухудшится. Контакты реле начнут вибрировать и обгорать |
в ре |
||
зультате искрообразования. Для устранения этого |
явления и уве |
||
личения среднего значения анодного тока обмотку |
электромагнит |
||
ного реле шунтируют конденсатором С емкостью 4—8 мкф. |
Кон |
||
денсатор, заряжаясь |
при максимальном значении |
анодного |
тока,, |
в интервалах, когда |
анодный ток отсутствует, разряжается |
на со |
противление R обмотки, поддерживая в ней ток практически почти,
постоянным.
3.2.2. Электронные реле времени
Вряде устройств автоматики встречается необходимость полу чать определенную выдержку времени между моментом подачи сигнала (замыкания или размыкания сигнального контакта) и мо
ментом срабатывания или отпускания электромагнитного реле. Для этого применяют электронное реле времени, позволяющее по лучать выдержки времени от миллисекунд до десятков секунд и от
личающееся от обычного электронного реле только наличием до полнительного конденсатора С в цепи сетки лампы. Схема про
стейшего электронного реле времени приведена на рис. 3. 13, о, а анодносеточная характеристика схемы — на рис. 3.13, в. При замкнутом контакте К конденсатор заряжен до отрицательного на пряжения — Ucо, запирающего лампу. При размыкании контакта
отрицательный потенциал сетки лампы уменьшается постепенно,
|
|
|
Рис. 3.13. Электронные реле времени |
так |
как |
конденсатор, разряжаясь на сопротивление R c, создает |
|
в нем ток, |
убывающий по закону |
||
|
|
|
ic= I 0e~‘'\ |
где |
/ 0= |
^ |
- — начальный ток при замкнутом контакте; |
x= C R c — постоянная времени контура С —R c.
Следовательно, напряжение сеточного смещения ис убывает по
закону (рис. 3.13, в)
|
ac = icR c= U c0e |
(3.20) |
|
и анодный ток нарастает до тока срабатывания |
реле постепенно, |
||
а не мгновенно. |
|
соответствующее |
|
Если известно напряжение смещения Uc,ср, |
|||
срабатыванию |
реле, то из |
формулы (3. 20) легко найти и время |
|
срабатывания |
электронного |
реле времени: |
|
|
tcp = CRcl n - ^ - |
(3.21) |
|
|
|
U с.ср |
|
Время срабатывания тем больше, чем больше С и /?с, однако выбор слишком больших значений С и Rc ограничивается влиянием ска