книги / Электрические аппараты автоматического управления

имеется два напряжения (питания и управления), которые на­ правлены противоположно друг другу (рис. 9.27). Таким обра­ зом, характерной особенностью схемы быстродействующего МУ является наличие двух напряжений в цепи управления (питания

U— и управления Uy). Первое называется опорным напряжением, а второе напряжением управления. Если напряжение управле­

ния и у будет равно нулю, это будет означать, что цепь управле­ ния замкнута. Если напряжение управления будет равно или больше опорного напряжения, то вентиль цепи управления будет заперт, что равнозначно размыканию цепи. Опорное напряжение в быстродействующих МУ играет такую же роль, как напряжение смещения в обычных усилителях, правда оно всегда должно быть противоположно по знаку Uy напряжению управления, в против­ ном случае увеличение тока в рабочей обмотке не будет иметь места.

Принципиальная схема быстродействующего МУ, приведен­ ная на рис. 9.27, является однополупериодной, т. е. в нагрузке ток протекает лишь в течение рабочего полупериода и отсутствует в полупериод управления. На рис. 9.29 приведена принципиаль­ ная схема двухполупериодного быстродействующего МУ Эта

схема представляет собой просто сумму двух однополупериодных схем, реагирующих на управляющий сигнал одной и той же по­ лярности. Их рабочие и управляющие полупериоды смещены во времени на половину периода так, что, когда одна половина схе­ мы находится в рабочем полупериоде, другая — в управляющем, и наоборот.

На основе рассмотренных выше однотактных схем быстродей­ ствующих МУ можно строить различные схемы двухтактных быстродействующих МУ Следует отметить, что быстродействую­ щие МУ не имеют решающего преимущества перед обычными МУ, специально введенными в режим быстродействия. Поэтому в на­ стоящее время не следует считать, что во всех случаях, где тре­ буется иметь быстродействующий усилитель, необходимо исполь­ зовать только быстродействующие МУ Предпринимая ряд мер для уменьшения инерционности обычных МУ, можно с успехом применять их в тех случаях, когда они должны обладать малой инерционностью.

Следует отметить, что быстродействующие МУ имеют низкие энергетические показатели (низкий к. п. д.) в сравнении с обыч­ ными МУ, поэтому применяются в том случае, если это обоснова­ но, например для элементов логического действия, памяти ЭЦВМ

идр.

9.3.8.Магнитно-полупроводниковые усилители

Совместное применение магнитных усилителей, которые име­ ют место в схемах автоматики, позволяет создавать не только комбинированные усилители, т. е. такие, когда одни каскады являются магнитными, а другие полупроводниковыми, но и полу­ чить новые усилители, неотъемлемым элементом которых являют­ ся полупроводники. К таким схемам относятся двухтактные МУ, собранные по мостовой схеме и у которых балластные сопротив­ ления заменены полупроводниковыми триодами. В быстродей­ ствующих МУ диоды работают в режиме ключа. Однако в на­ стоящее время появились схемы быстродействующих МУ, в ко­ торых полупроводниковые приборы используются в качестве переменных шунтирующих сопротивлений обратной связи. Это открыло новые возможности в схемных и технических решениях.

9.3.9. Каскадные магнитные усилители

Магнитные усилители легко соединяются в каскад. Такое сое­ динение необходимо делать в тех случаях, когда коэффициент усиления одного МУ недостаточен или когда надо его стабилизи­ ровать. При соединении МУ в каскад kp схемы становится равным

произведению коэффициентов усиления всех соединенных МУ Для соединения МУ в каскад достаточно выход предыдущего каскада включить на вход последующего. На рис. 9.30 приведен однотактный каскад. "Каскадные МУ могут быть и двухтактными.

9.3.10. Трехфазные магнитные усилители

В целях повышения мощности МУ на выходных каскадах и для простоты управления трехфазной нагрузкой, особенно трех­ фазными асинхронными двигателями, применяют трехфазные МУ. Они могут быть с выходом на переменном и постоянном токе, однотактные и двухтактные.

или в звезду (рис. 9.32), и общую обмотку управления. Обмотки переменного тока, соединенные треугольником, образуют замкну­ тые контуры, что повышает инерционность МУ, а при соединении обмоток в звезду появляются четные и нечетные гармоники в то­ ке управления. Поэтому чаще применяют не трехсердечииковые, а шестисердечниковые МУ (рис. 9.33 и 9.34).

9.3.11. Расчет магнитного усилителя

Ниже приводится простейший расчет магнитного усилителя,, работающего на активную нагрузку Ru. Для расчета должны быть заданы:

U — напряжение сети, от которой будет питаться МУ; Д.х — ток холостого хода магнитного усилителя;

/ — наибольший ток нагрузки;

p,=cp(£m-#о) — значение относительной магнитной проницае­ мости для материала, из которого делается магнитопровод МУ;

Ru — активное сопротивление нагрузки.

Рис. 9.33

Магнитный усилитель на Ш-образном сердечнике. Для цепи переменного тока МУ (см. рис. 9.12, б) справедливо соотношение

W^ — число витков обмотки переменного тока МУ Для Ш-об- разного сердечника число витков обмоток, расположен­ ных на двух крайних стержнях;

S — площадь поперечного сечения одного крайнего стержня Ш-образного сердечника, см2;

Вт — амплитудное значение магнитной индукции при холос­ том ходе МУ, вб/см2.

Индуктивное сопротивление обмоток переменного тока равно

где х — индуктивное сопротивление обмоток переменного тока;

— длина средней линии магнитопровода на пути перемен­

Реактивная мощность обмоток переменного тока при отсут­ ствии подмагничивания

(9.18)

Xi

Обращаясь к кривым (см. рис. 9.11), снятым при синусо­ идальной индукции, и задаваясь значением Вт1 в диапазоне (6 -ь 10) 10- 5 вб/смг, по кривой Н0—0 находим значение (i,i. После этого по выражению (9.16) находим объем стали для перемен­ ного потока

По найденному объему стали и с учетом типа штампа и тол­ щины пластин набирают пакет, обеспечивающий Vc для перемен­ ного потока. Также можно определить сечение S крайнего стерж­ ня. Число витков обмоток переменного тока W^ определяют из выражения (9.12).

Далее определяют индуктивное сопротивление обмоток пере­ менного тока при максимальном токе подмагничивания

Вт 2 находят точку, которая укажет значение напряженности подмагничивающей обмотки Я0. По размерам сердечника /о — длине средней линии магнитопровода для подмагничивающего потока можно найти м. д. с. обмотки управления

где /у — ток обмотки управления;

Wy — число витков обмотки управления.

По IyWy и размерам окна для этой обмотки находят число витков Wy, сечение провода и ток /у (см. расчет катушек, гл. 7). Сечение среднего стержня Ш-образного сердечника должно рав­ няться удвоенному сечению крайнего стержня, т. е.

Объем стали среднего стержня не входит в объем Vc (фор­ мула 9.16).

Магнитный усилитель на двух сердечниках. В этом случае расчет, проведенный для МУ с Ш-образным сердечником, пол­ ностью остается в силе. Следует, однако, при использовании формул (9.11) и (9.13) иметь в виду, что:

2 . Под поперечным сечением магнитопровода S следует пони­ мать удвоенное поперечное сечение одного стержня магнито­ провода

S = 2S',

где S ' — сечение одного стержня магнитопровода МУ на двух сердечниках.

3. Длина средней линии магнитопровода для постоянного по­ тока равна длине средней линии 1^ для переменного потока, т. е.

Поэтому ранее написанные соотношения (9.11) и (9.12) не­ обходимо записать так:

E = 4A4fW^(2S')Bm; U ^ 4 M f W ^ (2S')Bm;

2л/* p0p,(2 S') W ^ л'= и

Здесь все величины относятся к одному сердечнику. /yWy=#o/o, так как /0 = /^ . Во всем остальном расчет повторяется.

§9.4. БЕСКОНТАКТНЫЕ РЕЛЕ

9.4.1.Общие сведения

При автоматизации производственных процессов в самых разнообразных отраслях народного хозяйства для сигнализации, блокировки, автоматического и программного управления в на­ стоящее время наиболее часто применяются устройства дискрет­ ного действия, характеризующиеся несколькими состояниями входов и выходов (чаще всего двумя).

Известным примером таких устройств является обычное элек­ тромеханическое реле, которое может иметь два состояния входа (наличие или отсутствие напряжения на катушке реле) и два со­ стояния выхода (замкнутое или разомкнутое положение контак­ тов).

Другими устройствами дискретного действия являются бес­ контактные переключающие устройства. Они также имеют два состояния входов и выходов, но отличаются от электромеханиче­ ских реле отсутствием электрических контактов, поэтому их обычно называют бесконтактными устройствами или бесконтакт­ ными элементами.

Основным условием успешной автоматизации производства является надежность всех элементов автоматического управле­ ния, особенно тех, в которых непрерывно происходит большое число срабатываний (переключений). С этой точки зрения бес­ контактные элементы, из которых наиболее надежны магнитные, несомненно превосходят электромеханические реле.

Электромеханические реле имеют ограниченное число сраба­ тываний, следовательно, срок службы их ограничен. Срок службы магнитных бесконтактных элементов, если не будет нарушена их механическая прочность, практически «не ограничен» и не зави­ сит от числа совершенных ими переключений. Магнитные эле­ менты практически «не нуждаются» в уходе, не требуют регули­ ровки и наладки, обладают большим быстродействием. Ввиду этих преимуществ в последние годы появилась тенденция приме­ нять бесконтактные магнитные элементы в устройствах автома­ тического управления.

Бесконтактные реле — аппараты, работающие в релейном ре­ жиме без наличия контактов. Такие реле можно создать на базе магнитных усилителей. Выходные величины этих усилителей при определенных условиях могут изменяться скачкообразно.

Релейный режим получается за счет сильной положительной обратной связи. Реле, основанное на магнитных усилителях, на­ зывается магнитным реле.