книги / Проектирование бесконтактных управляющих логических устройств промышленной автоматики

О

со

Элемент Т-305 является элементом времени, при использовании ко­ торого выходной сигнал появляется с задержкой по времени относи­

срабатывания элемента осуществляется потенциометром Rtz, ступенча­

Рис. 8-11. Схема защиты от перегрузки с обратнозависимой характеристикой выдержки времени от величины входного сигнала.

Элемент Т-306 является элементом выдержки времени и конструк­ тивно выполнен в виде двух элементов Т-306.1 и Т-306.2, которые рабо­ тают в сочетании с элементом Т-205 (рис. 8-11). Сигнал на выходе схемы появляется с зависимой от величины входного напряжения вы­ держкой времени. С помощью элемента Т-306 можно получить выдерж­ ки времени от 2 до 200 с.

Элемент Т-307 является элементом времени и служит для получе­ ния выходного сигнала с выдержкой времени после снятия сигнала с одного из входов. Элемент имеет диапазон регулирования выдержки времени от 1 до 200 мс.

Элемент Т-109 является логическим элементом и имеет два двухполупериодных выпрямительных моста на диодах Д226Г. В элементе до­ полнительно установлено четыре диода, с помощью которых можно со­ брать еще один мост или реализовать функции ИЛИ и И (табл. 8-3).

Элементы Т-501, Т-502, Т-503, Т-205, Т-305, Т-306, Т-307 и Т-109 на­ ходят широкое применение при исполнении бесконтактных схем защит высоковольтных и низковольтных электродвигателей и трансформа­ торов.

Защиты с применением перечисленных элементов строятся по еди­ ному принципу: в схему входят пусковые органы, логическая схема и устройства отключения и сигнализации.

Пусковые органы защиты состоят из разделительных трансформа­ торов, подключаемых ко вторичным обмоткам измерительных трансфор­ маторов тока или напряжения, и дискриминаторов уровня, функцию ко­ торых выполняют релейные элементы Т-205. Регулировка уставки сра-

164

батывания пускового органа осуществляется ступенчато переключением числа витков первичной обмотки разделительного трансформатора Tpi

иплавно регулировочным резистором JRI, включенным во вторичную обмотку разделительного трансформатора (рис. 8-11). Для обеспечения требуемого диапазона регулирования уставок срабатывания защит при­ меняется несколько модификаций разделительных трансформаторов. Различные схемы подключения защит к измерительным трансформато­ рам, т. е. включение защит по схеме полной звезды на сумму или раз­ ность токов, осуществляются в первичных обмотках разделительных трансформаторов. Схема пускового органа остается неизменной.

Рассмотрим подробно принцип работы максимально-токовой защи­ ты от перегрузки. Защита от перегрузки с обратно зависимой характе­ ристикой осуществляется по схеме, приведенной на рис. 8-11. Основным узлом защиты является орган зависимой выдержки времени, который состоит из разделительного трансформатора, преобразующего ток изме­ рительного трансформатора тока в напряжение, элемента времени Т-306

ирелейного элемента Т-205.

Пусковой орган защиты от перегрузки с зависимой от тока выдерж­ кой времени настраивается с помощью переменных сопротивлений

RiuJRz.

Защита работает следующим образом. При возрастании тока в цепи измерительного трансформатора до величины уставки срабаты­ вает релейный элемент Т-205. Сигналы с выводов релейного элемента поступают на элемент времени, в котором производится задержка сиг­ нала на время, обусловленное действием релейной защиты. С заданной выдержкой времени сигнал после элемента времени подается в цепь от­ ключения и сигнализации. Для фиксации и световой индикации сраба­

(или эл'ёктролюминесцентные индикаторы).

Защита от замыкания на землю работает аналогично. Если не тре­ буется выдержки времени при действии максимальной защиты, то вме­ сто элемента времени можно поставить элемент Т-106, выполняющий функции ИЛИ. Если не требуется выдержка времени при срабатывании защиты от замыкания на землю, то в схеме элемент времени не уста­ навливается.

8-3. ОСОБЕННОСТИ ВКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СЕРИИ «ЛОГИКА-Т»

Для правильной работы элементов серии «Логика-Т» требуется ре­ лейная характеристика входных сигналов. В случае непрерывно изме­ няющегося сигнала, например от датчика температуры, датчика давле­ ния и т. п., необходимо преобразовывать выходной сигнал установлен­ ного уровня датчика в дискретный при помощи элемента Т-202 или

Т-203.

Квыходу схем ИЛИ—НЕ допускается подключать не более трех таких же элементов или элементов И (Т-107). К выходу схемы И до­ пускается подключение одной схемы ИЛИ или ИЛИ— НЕ.

При необходимости повысить нагрузочную способность элементов допускается использовать усилитель согласования (Т-401), учитывая,

что он реализует функцию НЕ.

Не допускается подключение схемы И к выходу схемы ИЛИ, меж­ ду ними должно быть включено два элемента ИЛИ— НЕ.

1 6 5

Не допускается последовательное соединение более двух диодных схем ИЛИ и И, перед следующим элементом ИЛИ ;(И) должны быть включены два элемента ИЛИ— НЕ. Не допускается применять схемы И и ИЛИ с числом входов более десяти.

При использовании диодных входов элементов Т-401 и Т-402 не до­ пускается подключение к выходу управляющего ими элемента входов других элементов. Не допускается также подключение диодных входов элементов Т-401 и Т-402 к выходу элемента ИЛИ— НЕ, включенного по схеме ПАМЯТЬ, а также к выходу элемента Т-304.

К выходу элемента Т-201 можно подключить только одну схему ИЛИ— НЕ. К выходу элемента Т-202 можно подключать не более трех схем ИЛИ—НЕ. Элемент Т-102 может быть загружен на одну схему ИЛИ— НЕ или память схем И, а также на последующий маломощный

ИЛИ—НЕ, до восьми схем И или эквивалентные им по входным пара­ метрам элементы.

8-4. БЕСКОНТАКТНЫЕ ВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА

В современных системах управления широко используются бескон­ тактные датчики электрических и незлектрических параметров и конеч­ ные йыключатели.

В зависимости от вида чувствительных элементов существуют раз­ личные датчики: емкостные, магнитные, оптические, фотоэлектрические и т. д. В последние годы в отечественной промышленности широкое применение нашли бесконтактные путевые переключатели. Они не имеют быстроизнашиваемых электрических и механических деталей, хорошо защищены от влияния внешней среды, имеют высокую допусти­ мую частоту срабатывания, надежны, долговечны й не требуют усилия для срабатывания. В этом их преимущества перед контактными пере* ключателями.

Принципиальная схема бесконтактного конечного выключателя

16«

Принцип действия датчика заключается в следующем [4]. При отсутствии экрана в зазоре между сердечниками обеспечивается силь­ ное воздействие отрицательной обратной связи и генератор находится в заторможенном состоянии, катушка реле Р обесточена и на выходе действует сигнал высокого уровня, соответствующий 1.

При введении экрана в зазор между сердечниками влияние отри­ цательной обратной связи снижается, генератор возбуждается, транзи­ стор Т открывается, потенциал его коллектора становится близким к нулю и на выходе появляется сигнал, соответствующий 0.

При выведении пластины из зазора датчика сначала выходной сиг­ нал плавно уменьшается до 0,8 максимального значения, а затем скач­ кообразно падает до начального значения напряжения. Наличие началь­ ного напряжения и переменной составляющей на выходе датчика тре­ бует принятия специальных мер, чтобы обеспечить допустимые пределы сигнала логического нуля и единицы при состояниях датчика «вклю­ чен— отключен».

Отклонение напряжения питания и изменение температуры окру­ жающей среды влияют на разброс точек срабатывания датчика и на величину дифференциала хода пластины.

Для снижения влияния колебания питающего напряжения в схеме датчика используется стабилитрон Ст. Для компенсации температурной погрешности устанавливается термосопротивление iR3. Защита датчика от неправильного подключения к блоку питания осуществляется дио­ дом Mi. Чтобы исключить перенапряжение на переходе эмиттер — кол­ лектор транзистора при работе его в качестве усилителя на индуктив­ ную нагрузку предусмотрено шунтирование обмотки реле Р цепочкой из резистора Re и диода Д 4. Для сглаживания пульсаций выходного на­

гическими элементами. Мощность, потребляемая датчиком, без учета мощности, потребляемой, реле, не превышает 0,5 Вт.

Описание бесконтактных выключателей с воздушными зазорами 50 и 100 мм и плоскостных выключателей с рабочим зазором 8 и 16 мм приведено в [57].

Принципы, положенные в основу бесконтактных датчиков генера­ торного типа, используются в бесконтактных аппаратах управления — кнопках, выключателях и др. В этих устройствах, например, нажатие кнопки соответствует введению пластины в щель датчика положения.

167

Разновидностью бесконтактных органов управления являются аппа­ раты (конечные выключатели, кнопки и др.) трансформаторного типа.

Герметизированные магнитоуправляемые контакты (герконы)

В последние годы в схемах промышленной автоматики в качестве выходных устройств широко применяются герметизированные магнито­ управляемые контакты.

Герконы используются в герметизированных электромагнитных реле, во всевозможных переключателях, в качестве выходных элементов в схемах с логическими элементами, во всевозможных датчиках и т. п. Они используются во всех отраслях промышленности, в телефонно-теле­ графной аппаратуре, аппаратуре управления лифтами, телемеханиче­ ской аппаратуре и т. п. .

Схемы герконов хорошо сочетаются со схемами на полупроводнико­ вых приборах. При быстродействии 0,5—2 мс герконы более просты и дешевы, чем схемы на полупроводниковых элементах. Кроме того, гер­ коны обеспечивают полное включение и отключение коммутируемых цепей, что невозможно достигнуть в схемах на полупроводниковых приборах. Герконы имеют сравнительно высокое быстродействие, боль­

электроды 2 и 3, выполняющие роль электрических контактов, при раз­ рыве цепи не окисляются. Электроды 2 и 3 выполняются из магнитного материала, обычно пермаллоя. Контактирующие поверхности электро­ дов покрываются слоем благородного металла, например золота, родия, палладия, или сплавами серебра с золотом, золота с никелем и т. п.

Управление герконом производится магнитным полем, которое со­ здается катушкой либо постоянным магнитом. При воздействии на геркон магнитного поля магнитный поток Ф замыкается через электроды, проходя через воздушный зазор й- между ними. При достаточно сильном поле электромагнитная сила притяжения между электродами начинает превышать силу упругости электродов, и они замыкаются, замыкая тем самым электрическую цепь. Следовательно, электроды выполняют три функции — электрического контакта, пружины и магнитопровода.

Кроме простейшей конструкции геркона, показанной на рис. 8-13, имеются и другие конструкции. Так, при установке в колбе еще одного электрода из немагнитного материала, который при отсутствии управ­ ляющего магнитного потока контактирует с противолежащим электро-

168

дом из магнитного материала, геркон выполняет функции переключаю­ щего контакта. Имеются также герконы с контактами, смачиваемыми ртутью, что обеспечивает лучшее контактирование и большую комму­ тируемую мощность. Конструктивные разновидности герконов подробно

Бесконтактные тиристорные пускатели

Бесконтактные тиристорные пускатели служат для пуска и оста­ новки трехфазных электродвигателей, для включения и отключения различных трехфазных нагрузок в автоматизированном электроприво­ де и системах управления производственными процессами. Бесконтакт­ ные тиристорные пускатели имеют следующие преимущества: отсутст­ вие искрообразования, высокую механическую прочность и стойкость к воздействию ударов и вибраций, высокую надежность, продолжитель­ ный срок службы, малое время включения и отключения, широкий рабочий диапазон температуры, малое падение напряжения во вклю­ ченном состоянии, бесшумность в работе, малую мощность управ­ ления.

Электрические параметры тиристоров хорошо согласуются с пара­ метрами бесконтактных логических элементов серии «Логика-Т».

В настоящее время промышленность выпускает тиристорные пу­ скатели серии ТУР и тиристорные пускатели типа ПТ и ПТУ.

16»

Тиристорные пускатели серии ТУР классифицируются на виды, группы и исполнения по следующим признакам:

по роду тока коммутируемой нагрузки: постоянный однополупериодный; постоянный двухполупериодный; переменный однофазный и пе­ ременный трехфазный;

по функциональным возможностям: характеру управления на­ грузки (включено ■— выключено; включено — выключено — реверс); наличию элементов защиты (максимальная токовая, от перегрузки, ну­ левая, от повышения напряжения выше 1,15.1/шгг; от понижения напря­ жения ниже 0,8 С/пит, от обрыва цепи трехфазной нагрузки), наличию элементов контроля (состояния тиристоров, исполнения команды, токов в фазах трехфазной нагрузки, наличия фаз питающего напряжения, правильности порядка следования фаз трехфазного питающего напря­ жения);

по устойчивости к механическим воздействиям и защищенности от воздействия окружающей среды;

по устойчивости к воздействию температуры и влажности окружаю­ щего воздуха устройства ТУР относятся к III группе ГСП, которая пре­ дусматривает допустимый интервал температур от —5 до +50°С И отно­ сительную влажность на всем диапазоне температур от 30 до 80% .

Все устройства построены по блочному принципу из элементов, взаимозаменяемых в пределах данной номенклатуры.

Каждый пускатель состоит из коммутирующего элемента, элемен­ та управления, входного элемента, элементов защиты.

Коммутирующие элементы служат для непосредственного воздейст­ вия на ток нагрузки по сигналам, формируемым схемой управления. Количество тиристоров и их соединение устанавливают в зависимости от рода тока, источника питания и вида нагрузки.

Функции схемы управления коммутирующим элементом состоят в преобразовании информации и доведении ее до управляющих элек­ тродов тиристоров соответствующих групп. Сигнал управления к управ­ ляющим электродам тиристора подводится по каналам, не имеющим между собой гальванической связи.

Входной элемент защищает тиристоры от коротких замыканий при мгновенном изменении направления вращения электродвигателя и одно­ временной подаче двух команд по разным входам на включение элек­ тродвигателя.

Входным сигналом управления устройствами ТУР является посто­ янное или выпрямленное напряжение отрицательной полярности от 2,4 до 12 В, мощностью не более 30 мВт. Быстродействие при включении нереверсивных тиристорных пускателей серии ТУР не более 10 мкс, реверсивных — не более 30 мкс. Время включения устройств ТУР не превышает 12 мкс.

Нижнее значение вероятности безотказной работы устройств равно 0,85 за 8000 ч. Срок службы установлен не менее б лет.

Тиристорные пускатели серии ТУР обладают повышенной помехо­ устойчивостью, так как схема управления До момента появления вход­ ного сигнала обесточена; имеют малый уровень помех на выходе за счет включения тиристоров в момент перехода полуволны сетевого на­ пряжения через нуль. Пускатели просты в изготовлении, после монтажа не нуждаются в настройке, не требуют подготовки к работе и регу­ лировки, дают при применении значительный экономический эф­ фект [67].

170