книги / Надежность дизель-электрических агрегатов и их систем автоматизации

более высокая надежность работы и большая долго­ вечность.

Однако следует отметить, что достаточно большого опыта по применению бесконтактных элементов в систе­ мах автоматизации электроагрегатов еще нет. Первые результаты эксплуатации бесконтактных датчиков в ав­ томатизированных агрегатах показали и некоторые их слабые места. Так, недостаточно надежно работает мембрана датчика давления масла, а реле скорости вра­ щения иногда дает ложные срабатывания. Кроме того, необходимо также учитывать, что по габаритным разме­ рам, весу и стоимости бесконтактные датчики в настоя­ щее время в несколько раз превышают контактные вос­ принимающие элементы. Поэтому применение таких бесконтактных элементов в системах автоматизации первой степени не всегда оправдано. !

В настоящее время в промышленности проводятся значительные работы по повышению надежности, сни­ жению веса, габаритных размеров и увеличению сроков службы приборов II устройств дизельной автоматики. Этой 'же цели способствует и вновь • разработанный ГОСТ 11102—64 «Приборы и устройства приемные и исполнительные дизельной автоматики. Типы, основные параметры и технические требования», выполнение тре­ бований которого будет способствовать созданию высо­ ко надежных средств дизельной автоматики и значи­ тельному повышению надежности систем автоматизации электроагрегатов.;

Ниже кратко рассмотрены основные элементы си­ стемы автоматизации электроагрегатов, выполненные с применением полупроводниковых приборов.

Воспринимающие элементы (датчики). Краткие све­ дения. Тартусский приборостроительный завод в 1966 г. начал производить бесконтактные комбинированные ре­ ле РК наряду с контактными приемными реле КР, се­ рийно выпускаемыми с .1959 г. Бесконтактные реле РК предназначены для автоматического управления и защи­ ты в полупроводниковых бесконтактных системах авто­ матизации электрических агрегатов по температурам, давлениям, уровням в водяной, топливной и масляной системах дизелей, а также по скорости вращения пер­ вичного двигателя. Временно реле РК применяют также в контактных системах автоматизации электроагрегатов.

71

Реле РК изготовляет завод как в обыкновенном, так

тов составляет: РК-ЮМ.— 47 кг\ , РК-11М — 30 кг\ РК-ЮМ — 24 кг; РК-13М — 46 кг.

Т аблица 2

Нормальное | функционирование реле РК в морозо­ стойком исполнении гарантировано в следующих усло­ виях:

72

кость с максимальной температурой до 135° С и макси­ мальным давлением до 15 кГ/см2\

рабочее положение датчиков: реле уровня — ось дат­ чика параллельна уровню жидкости, остальных датчи­ ков и блоков реле — безразличное.

Реле РК в обыкновенном исполнении обеспечивают нормальную работу при температуре окружающего воз­ духа от + 5 до +50° С и относительной влажности до 98% при температуре 20±5° С.

Реле РК имеют следующие основные технические ха­ рактеристики.

Диапазон настройки для реле температуры состав­ ляет от 0 до 60° С и от 55 до 115° С, для реле давле­ ния— от 0,1 до 10 кГ/см2 и для реле скорости враще­ ния — от 300 до 750 об!мин, от 750 до 1575 об[мин и от 1050 до 1800 об/мин. :

Основная допустимая погрешность срабатывания от­ носительно. уставки для реле температуры составляет ±2°С, для реле давления ±0,2 кГ/см2, для реле уровня масла и топлива ± 10 мм от оси штыря, для реле уров­ ня воды ± 10 мм ,от оси датчика, для реле скорости вра­ щения ±2,5% от величины диапазона уставок.

Дополнительная погрешность срабатывания реле при изменении температуры, окружающего воздуха на каждые il0° С от нормальной не превышает 25% основ­ ной погрешности срабатывания.

Дифференциал, т. е. разность срабатывания и воз­

ды — не более 10 мм, для реле скорости вращения — до 10% верхнего предела диапазона.

Ток питания должен |быть постоянным, с рабочим напряжением 24+§ в.

Потребляемая' мощность должна составлять не бо­ лее 45 вт.

Сопротивление изоляции между корпусом и токове­ дущими 'частями реле должно быть не менее 2 Мом при температуре +25° С и относительной влажности до 98% и не менее 0,5 Мом 'при температуре +50° С и той же влажности.

Гарантийный срок реле РК должен составлять 30 ме: сяцев со дня пуска в эксплуатацию или 5000 ч работы.

73

Принцип действия реле основан на преобразовании физических параметров, воздействующих на (Чувстви­ тельные воспринимающие элементы датчиков, в электри-

в о д ы ; РУ В — р е л е у р о в н я в о д ы ; В К — в ы х о д н о й к а с к а д ; Г П — г е н е р а т о р пи ­

Д Р О — д а т ч и к - р е л е с к о р о с т и в р а щ е н и я ( о б о р о т о в ) ; Д Р У — д а т ч и к р е л е у р о в ­ н я т о п л и в а и м а с л а ; Д Р Д — д а т ч и к р е л е д а в л е н и я м а с л а

ческие сигналы. Блок-схема комбинированного реле РК-13М представлена на рис. 25.

Реле температуры. Реле температуры '(Рис26) со­ стоит из датчика температуры и электронного реле.

74

Принцип работы датчика основан на изменении омиче­ ского сопротивления термистора при изменении темпера­ туры. Датчик ДТ состоит из термистора R15, соединен­ ного последовательно (R18+R19) и параллельно (R16+RJ7) с постоянными резисторами.

Все элементы датчика температуры размещены в од­ ном корпусе, который дри 'помощи !накидной гайки укреплен к корпусу электроагрегата. Датчик имеет так-

Рис. 26. Принципиальная электрическая схема реле темпе­ ратуры

же штепсельный разъем ШР для электрического соеди­ нения с другими элементами реле. Реле 'получает пита­ ние постоянным током напряжением !10±0,5 в от ста­ билизатора напряжения. /

Датчик температуры включен в измерительный мост постоянного *гока I(Rl, R2, R3, R4). Сопротивление по­ тенциометра R2 определяет уставку страбатывания ре­ ле температуры. Электронная цепь реле включена в диагональ измерительного моста. Выходная часть вы­ полнена по балансной схеме 'с диодным компаратором, являющимся зиакочувствительным нуль-индикатором вы­ ходного напряжения измерительного моста. Балансная цепь связана с блокинг-генератором на транзисторе 77

75

через дифференциальные обмотки 1— 2 и -2—3 трансфор­ матора ТР и конденсатор СЗ.

В состоянии равновесия измерительного моста срав­ ниваемые диодами напряжения равны. Диоды Д1 ц Д2 смещены в прямом направлении и через них протекают небольшие токи, определяемые в основном сопротивле­ нием резистора R5. Равным токам, протекающим через диоды, соответствуют равные по величине их динамиче­ ские сопротивления га, и г0г. Цепь моста переменного

ток 1—2 и 2—3 к цепи блокинг-генератора отсутствует и колебания не /возникают. |

При разбалансе измерительного моста ток через один из диодов увеличивается, а через другой — умень­ шается. Происходит сдвиг рабочих точек на вольт-ам- перных характеристиках диодов ’и соответственно изме­ няются величины динамических сопротивлений га, и г01. Обмотки 1—2, 2— 3 и 4—5 трансформатора ТР соедине­ ны с той полярностью, при которой возникает положи­ тельная обратная связь в блокинг-генераторе |при повы­ шении сопротивления датчика. При этом выполняется условие самовозбуждения блокинг-генератора. ]

При Понижении сопротивления датчика (что соот­ ветствует повышению температуры .контролируемой сре­ ды) ниже точек равновесия измерительного моста знак обратной связи меняется на отрицательный, и колеба­

Таким образом, при температуре контролируемой сре­ ды, не превышающей уставки срабатывания, колебания блокинг-генератора заряжают конденсатор С6 и 'проте­ кающий через резистор R11 базовый ток открывает транзистор ТЗ. Потенциал выхода реле с коллектора ТЗ имеет значение, близкое к нулю.

При повышении температуры выше уставки срабаты­ вания колебания блокинг-генератора прекращаются. Конденсатор ,С6 (разряжается и напряжение смещения запирает транзистор ТЗ. Потенциал выхода 1реле приоб­ ретает 'значение, близкое к — 10 !в, и протекающий, че­

76

рез резистор R14 базовый ток открывает транзистор на

Реле уровня воды. Реле уровня воды '(рис. 27) состо­ ит из датчика уровня и электронного реле. Датчик уров­ ня воды ДУВ индуктивно ;связан :с остальными цепями реле. ^Основной частью реле является автогенератор,, со­ бранный на транзисторе 77 по трехточечной схеме с ин­ дуктивной связью.

Рис. 27. Принципиальная электрическая схема реле уровня воды

В корпусе !датчика уровня воды вмонтированы два изолированных штыря. Выходным параметром датчика служит 'изменение сопротивления R(H) между штыря­ ми. Когда между штырями существует проводимость (уровень воды достиг штырей), в контуре генератора возникает некоторое дополнительное сопротивление R(H ). Если величина вносимого датчиком в контур по­ ложительного сопротивления превышает величину вно­ симого транзистором 77 отрицательного .'сопротивления, то результирующее сопротивление становится положи­ тельным, и (автоколебания прекращаются. Когда уро» вень воды падает ниже ,штырей, в контуре генератора преобладает отрицательное сопротивление, н он Возбуж­ дается. Переменное напряжение генератора управляет транзистором Т2 и заряжает конденсатор СЗ. Этот за­ ряд, в свою очередь, управляет транзистором ТЗ. (

77

Таким образом, при повышении уровня воды до шты­ рей датчика автоколебания генератора прекращаются, конденсатор СЗ разряжается, и напряжение смещения запирает транзистор ТЗ. Потенциал коллектора транзи­ стора ТЗ приобретает значение, близкое к 1— 10 в, и 'про­ текающий через R8 базовый ток отпирает транзистор Т4. Выходное напряжение реле приобретает значение,

топлива и масла

близкое к нулю, и транзистор на выходном каскаде за­ пирается. Выходное электромагнитное реле возвращает­ ся в исходное положение.

Срабатывание реле происходит при понижении уров­ ня воды ниже штырей датчика.

Реле уровня топлива и масла. Реле состоит из дат­ чика и электронного реле. В основу работы реле поло­ жено изменение электрической ‘емкости менаду двумя концентрическими цилиндрами при замене воздушного диэлектрика маслом или топливом. При погружении чувствительного элемента датчика н масло или топли­ во емкость его увеличивается в среднем <в 2 раза.

Электрическая схема ,реле уровня топлива и масла представлена на рис. 28. Электронное реле состоит из двухкаскадного усилителя на транзисторах Т1 'и Т2 с непосредственной 'связью и выходного каскада, работаю­

78

щего в ключевом режиме. Между выходом и входом усилителя включен емкостной мост, куда входят емко­ сти С(Н) датчика ДУ и конденсатора СЗ. При разба­ лансировке моста появляется обратная связь с выхода усилителя па его :вход.

При отсутствии масла пли топлива С(Н)<СЗ, обрат­ ная связь становится положительной, и начинается ав­ токолебательный процесс. Часть колебательной энергии передается .через трансформатор ТР в цепь база — эмнт-

лення

тер транзистора ТЗ, который открывается н его коллек­ тор приобретает практически нулевой потенциал. Тем самым запирается транзистор выходного каскада и раз­ мыкаются контакты выходного электромагнитного реле. При наличии масла или топлива С(Н)>СЗ, что вызы­ вает отрицательную обратную связь в усилителе, в ре­ зультате чего автоколебания прекращаются и транзи­ стор ТЗ запирается. Протекающий через резисторы R7 и R9 базовый ток открывает выходной транзистор, и

выходное электромагнитное реле срабатывает. Конструктивно датчик укрепляют накидной гайкой к

стенке бака, где измеряют топливо или масло. Электрон­ ная часть реле смонтирована в корпусе, который коак-

79

спальным кабелем соединяют с датчиком и трехжнльным кабелем — с сйстемой автоматизации ’электроагре­ гата.

Реле давления. Принципиальная электрическая схе­ ма реле давления показана на рис. 29. Реле состоит из двухкаскадного усилителя, выполненного на Транзисто­ рах Т1 и Т2 с непосредственной 'связью, и выходного ка­ скада на транзисторе ТЗ, работающего в (ключевом ре­ жиме. Между выходом и входом усилителей включен емкостный мост, куда входит датчик давления ДДМ .

Работа датчика давления основана на принципе пре­ образования давления в перемещение и в изменение ем­ кости. Преобразователь давления в перемещение — мем­ бранного типа to спиральной пружиной П, которая со­ здает противодействующую давлению силу ДА Среда контролируемого давления (например, масло дизеля) поступает в подмембранную камеру через маслопровод и вызывает прогиб мембраны М. Перемещение цент­ ральной части мембраны вызывает изменение 'зазоров между электродами емкостного дифференциального дат­ чика. .Изменяющиеся емкости дифференциального дат­ чика включены в мост обратной связи. Происходит раз­ баланс моста. В дальнейшем работа цепей реле давле­ ния Де отличается ]от работы цепей реле уровня топли­ ва и 'масла. При уменьшении давления ниже уставки емкость правого плеча увеличивается, а левого — умень­ шается; обратная связь усилителя становится отрица­ тельной, и выходное реле на выходном каскаде сраба­ тывает.

Конструктивно мембранный емкостной датчик, элек­ тронное реле и механическая система настройки разме­ щены в одном корпусе, имеющем габаритные размеры 245x118x70 мм. Реле имеет ниппель для присоедине­

трехжильного 'кабеля, служащего для электрической свя­ зи реле с другими элементами системы автоматизации.

Выходной каскад. Выходной каскад применяют для согласования бесконтактных выходных сигналов реле с контактной 'системой автоматизации электроагрегатов. При выполнении системы автоматизации на бесконтакт­ ных элементах надобность в выходных каскадах отпа­ дает.

80