книги / Электромеханические аппараты автоматики
..pdf1 3 5 |
1 |
Рис. 3.7. Реле с мембранным герконом:
а — конструкция; 6 и в — разновидности мембран; / — мембрана; 2 — неподвижный сердеч
ник; 3 — кольцо; |
4 — крышка; |
5 — стеклянное герметизирующее |
кольцо; |
6 — обмотка |
управления; 7— магнитопровод; |
8 — лабиринтная прорезь (щель) |
в мембране |
||
При воздействии кратковременного импульса управляющего |
||||
магнитного |
поля происходит намагничивание |
ЭМП |
(КС 1, |
|
2 на рис. 3.8, а). В них запасается практически вся магнитная энергия, сообщенная импульсом. После прекращения управ ляющего импульса КС 1, 2 замыкаются под действи ем созданного в них остаточного магнитного потока. В замк
нутом положении |
КС 1, 2 удерживаются до тех пор, по |
ка под влиянием |
повторного импульса обратного знака |
и меньшего по амплитуде не произойдет их размагничива ние. Тогда магнитный поток в рабочем зазоре резко умень шается, электромагнитная сила, удерживающая КС 1, 2 в за мкнутом состоянии, падает и они расходятся, размыкая цепь нагрузки.
4 6 1 2 3 5
а)
Рис. 3.8. Ферриды:
а |
— с составными; б — со сплошными КС; 1 и 2 — КС — элементы магнитной памяти; |
3 |
— баллон; 4 и 5 — выводы; 6 — гибкая соединительная пластина |
Рис. 3.9. Реле на герконе:
1 и 2 — КС; 3 — баллон; 4 — обмотка управления; 5 — шина с током; 6 — постоянны"
магнит
Если амплитуда и длительность размагничивающего и на магничивающего импульсов одинаковы, а полярность их противоположна, то ЭМП перемагнитится, остаточный маг нитный поток изменит свое направление и не изменится по величине. Поэтому сохраняется на прежнем уровне электромаг нитная сила, удерживающая КС в замкнутом состоянии,
иотпускание феррида не происходит.
Взаключение необходимо отметить, что к настоящему времени разработано большое количество типов и разновидно стей МК и устройств на их основе. Выше рассмотрены лишь
типовые или оригинальные конструкции. Более полную инфор мацию о конструкции МК можно получить в патентных фондах по международным классам НОШ 1/66 (герконы), Н01Н 51/28 (устройства на герконах), Н01Н 36/00 (устройства на герконах, управляемые постоянными магнитами), Н01Н 11/04, Н01Н 49/00, G 05В23/02 Англии, СССР, США, Франции, ФРГ, Японии.
3.1.3. Использование герконов в технике
В настоящее время на основе герконов создано большое количество различных электромеханических устройств 'автома-
122
1
w
к
1
Рис. 3.10. |
Многоконтактное реле напряжения на герконах (в корпусе «Логика»): |
|
1— корпус; |
2 — скоба; |
3 — обмотка управления; 4 — пластмассовая колодка; 5 — герконы; |
б — резиновые трубки; |
7— плата |
|
тики: реле, кнопок, тумблеров, переключателей, коммутаторов, распределителей сигналов, сигнализаторов, датчиков, регуля торов, стабилизаторов и т. п. На основе герконов разработано большое количество разнообразных реле: минимального, мак симального и обратного тока и напряжения, промежуточные, сигнальные и т. п.
На рис. 3.9 показана схема реле на герконе с разнооб разными способами возбуждения. При подаче сигнала управле ния (напряжения или тока) в обмотку 4 или при появлении тока в шине 5 (рис. 3.9) внутри и вокруг них создается магнитное поле. Создаваемый этим полем магнитный поток проходит по КС 1 , 2 и рабочему зазору 5 между ними. Под действием магнитного потока в рабочем зазоре появляется электромагнитная сила притяжения КС друг к другу. Поле постоянного магнита 6 является поляризующим. При создании устройств на базе герконов может использоваться магнитное поле обмоток с током (рис. 3.10), поле шины с током (рис. 3.11), поле ПМ (рис. 3.12) или же все указанные поля совместно (рис. 3.9).
Во многих отраслях техники для контроля положения подвижных деталей, измерения скорости их перемещения или ускорения целесообразно использование герконовых датчиков.
Герконы датчиков могут быть исполнительным или чувст вительным элементом. Датчики, в которых герконы использу ются в качестве исполнительных элементов, нами не рассмат риваются, ибо их работа подобна работе герконов в реле. Разнообразнее класс герконовых датчиков, в которых герконы являются чувствительными элементами (рис. 3.12). В датчике линейных перемещений (рис. 3.12, а) [23] состояние геркона 1 зависит от зазора А в магнитопроводе 4 и от простран ственного положения ферромагнитной пластины 7, которая может перемещаться перпендикулярно плоскости чертежа или вдоль основного ПМ 2. Датчик содержит вспомогательный ПМ 3 и регулировочный винт 5, приводимый в движение ручкой 6.
Настройка датчика производится вращением ручки 6 и про исходящим при этом изменением зазора А. При А= 0 поток ПМ 3 полностью зашунтирован магнитомягкими деталями магнитопровода 4. При отсутствии пластины 7 геркон 1 за мкнут под действием поля ПМ 2. При вхождении пластины 7 в промежуток между герконом и ПМ 2 магнитное поле последнего будет экранироваться этой пластиной. При опре деленном положении пластины 7 геркон размыкается.
При значительных зазорах А магнитный поток ПМ 3 в ра бочем зазоре геркона направлен встречно потоку ПМ 2. Результирующее поле в рабочем зазоре недостаточно для замыкания геркона и удержания КС в замкнутом состоянии.
124
Рис. 3.12. Устройства на герконах:
а — датчик линейных и угловых перемещений; б — датчик частоты вращения; в — уровнемер; г — датчик положения
При введении пластины 7 магнитный поток основного ПМ будет ею экранироваться. При определенном положении пла стины 7 геркон замкнется под действием магнитного потока вспомогательного ПМ.
На описанном принципе шунтирования или экранирования магнитного потока ПМ могут быть реализованы датчики частоты вращения. Ферромагнитный многолепестковый якорь укрепляется на валу, частоту вращения которого необходимо контролировать. По одну или по разные стороны якоря размещены ПМ и герконы. При вращении вала лепестки якоря периодически экранируют или шунтируют магнитный поток постоянного магнита ПМ, вызывая тем самым цик лическое замыкание и размыкание герконов. По количеству их замыканий в единицу времени можно судить о частоте вращения вала.
На |
рис. 3.12, б показан |
датчик |
частоты |
вращения |
на |
|
герконах с немагнитным металлическим экраном |
[28]. |
На |
||||
валу 8 |
укреплен сплошной |
диск 9 из |
меди |
или |
алюминия, |
|
по разные стороны от которого размещены ПМ 2 и герконы
7. |
Пока вал неподвижен или вращается с небольшой частотой, |
все |
герконы 7 замкнуты под действием поля ПМ 2. |
|
При вращении диска 9 в нем наводятся вихревые токи, |
которые зависят от частоты вращения. Магнитный поток, созданный вихревыми токами, направлен навстречу потоку ПМ и частично компенсирует его. По достижении определенной частоты вращения магнитный поток вихревых токов возрастает настолько, что наиболее удаленный от диска геркон отпускает. При дальнейшем увеличении частоты отпускает и близко расположенный геркон. Меняя координаты х 1, х 2 и х 3, можно настраивать датчик на определенные частоты. Чем больше используется герконов, тем больше фиксированных частот может контролировать датчик. Датчик наиболее эффективен при контроле высоких частот.
На рис. 3.12, в показан уровнемер на герконах, предназ наченный для работы в среде агрессивных жидкостей. Геркон 7 помещен в немагнитную трубку 77, вдоль которой свободно перемещается кольцевой (в общем случае любой формы) ПМ 2, установленный на поплавке 10. Если уровень жидкости находится в допустимых пределах, геркон разомкнут. Если же уровень жидкости поднимется или опустится сверх до пустимых пределов, то вместе с поплавком поднимется или опустится ПМ, что вызовет замыкание геркона. При этом вырабатывается сигнал об изменении заданного уровня жид кости.
На базе герконов могут быть построены счетчики готовой продукции, перемещающейся по конвейеру, путевые и концевые выключатели и другие аналогичные устройства. На рис. 3.12, г показано блокировочное устройство для управления железно дорожными стрелками. Геркон 7 размещен вблизи рельса 72 и замкнут под действием поля ПМ 2. При появлении колеса 13 подвижного состава произойдет перераспределение магнит ного поля ПМ 2. Практически весь поток ПМ будет замыкаться по колесу 13, что вызовет размыкание геркона. При этом схема автоматически произведет соответствующие переключе ния железнодорожных стрелок, предотвращающие возможность вхождения другого состава на занятый путь.
На рис. 3.13, а показана схема конструкции переключающей кнопки на двух герконах. В исходном положении под действием поля ПМ замкнут геркон 7. Геркон Г при этом разомкнут [29]. При нажатии клавиши 4 постоянный магнит 2 по направляющим смещается вниз и располагается симметрично относительно КС геркона 7', который замыкается. Геркон
126
Рис. 3.13. Кнопки на герконах
1 в этот момент размыкается. При отпускании клавиши 4 под действием пружины 5 ПМ и герконы вернутся в исходное состояние.
В конструкции замыкающей кнопки (рис. 3.13, б) функции возвратной пружины выполняет вспомогательный ПМ 3, установленный под углом к продольной оси геркона 7. Создаваемый ПМ 3 магнитный поток может вызвать сраба тывание геркона. Однако в зоне перекрытия КС этот поток компенсируется потоком подвижного ПМ 2, благодаря чему геркон остается разомкнутым. Фиксация полюса ПМ 2 в зоне перекрытия КС геркона осуществляется ограничителем 6 и си лами отталкивания между ПМ 2 и 3. Если отвести ручку 4 вправо, то связанный с ней ПМ 2 займет положение, показанное пунктиром. Через рабочий зазор геркона будет проходить суммарный магнитный поток ПМ 2 и 3. Под действием этого потока Ф геркон замыкается. При отпускании ручки 4 ПМ 3 вернется в исходное состояние под действием
силы |
отталкивания |
между ПМ 2 и 3. |
В |
конструкции |
размыкающей кнопки на три цепи (рис. |
3.13, в), как и в предыдущей, отсутствует возвратная пружина. Ее функции возложены на ПМ 5. Взаимодействие ПМ 3 с подвижным ПМ 2 обеспечивает исходное состояние кнопки, при котором все три геркона замкнуты. При нажатии на клавишу 4 ПМ 2 смещается в сторону ПМ 3 и его полюс оказывается в зоне перекрытия КС герконов, что влечет их размыкание. При отпускании клавиши 4 ПМ 2 вернется в исходное положение под действием сил взаимодействия между ним и ПМ 3. Все КС вновь окажутся замкнутыми.
3.1.4. Особенности работы устройства на герконах
Как отмечалось выше, управляющее магнитное поле для геркона может быть создано обмоткой или шиной с током или постоянным магнитом. На рис. 3.14 показаны упрощенные картины магнитного поля вокруг геркона, управляемого полем обмотки (рис. 3.14, а) и полем постоянного магнита (рис. 3.14, б), и распределение потока Ф вдоль КС для этих случаев. Под действием рабочего потока Ф5, проходящего в зазоре между КС, появляется электромагнитная сила Рэ, притягивающая КС 1, 2. Поскольку в общем случае КС имеют различную жесткость с, то под действием этой силы КС 7 и 2 изгибаются вокруг точек заделки в баллон, проходя различные пути 8Ь 52 (рис. 3.15):
8 i — P/ ci i
(3.1)
Ь2 = Р/с2,
где Р — механическая или электромагнитная сила, действующая на КС; Ci и с2 . механическая жесткость КС 1 и 2.
При расчете обычно нет необходимости учитывать реальную жесткость каждого КС. Удобнее рассматривать реальный геркон как некий условный приведенный геркон, один из КС которого обладает бесконечной жесткостью, а другой — при веденной жесткостью с. У приведенного геркона один КС не меняет своего положения при любом управляющем воздей
ствии, а другой |
КС |
при воздействии |
силы |
Р3 перемещается |
||||
на |
расстояние 8П, равное сумме |
перемещений |
каждого |
из КС: |
||||
|
|
|
|
5п= 5, + 82. |
|
|
(3.2) |
|
|
Из (3.1) и |
(3.2) вытекает |
|
|
|
|
||
|
|
|
8„ = Р /с= Р /С1 + Р/с2, |
|
(3.3) |
|||
откуда |
|
|
с = с1с2/(с1+с2). |
|
|
(3.4) |
||
|
|
|
|
|
|
|||
что |
Если жесткость одного из КС можно принять бесконечной, |
|||||||
характерно |
для |
асимметричных |
герконов (например, |
|||||
с2 = оо), то из |
(3.4) следует с= сх. |
|
|
|
||||
|
Из рис. 3.15 видно, что начальный зазор 8Н в любой |
|||||||
момент времени |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
8 Н= 8 i + 62 + |
8 = 8 П+ |
8, |
|
(3 .5 ) |
|
где |
8— текущее |
значение зазора |
между КС. |
|
|
|||
|
Учитывая |
(3.3), можно записать |
|
|
|
|||
|
|
|
|
/> = с8п = с(8н- 8). |
|
|
(3.6) |
|
|
Уравнение |
|
(3.6) описывает противодействующую |
характе |
||||
ристику Рмх(8). Оно показывает изменение механических сил
противодействия |
КС при изменении зазора 8 или изменение |
8 по известному |
усилию. |
а)
Рис. З.Н. Упрощенные картины магнитного |
поля геркона управляемого: |
||
а — обметкой с током; б — постоянным магнитом; |
У, 2 — контактные сердечники; 3 — |
||
герметизирующий баллон; 4 — обмотка управления; |
5 — постоянный магнит; Ф6 — рабочий |
||
магнитный |
поток; |
— поток рассеяния управляющего элемента; Ф д — поток рассеяния, |
|
связанней |
с одним |
из КС; Ф ^ — шунтирующий |
поток рассеяния |
7 Заказ 2046
/ |
Рис. 3.15. Перемещение КС |
|
1 и 2 геркона |
Как отмечалось ранее, большинство герконов КС не имеют
предварительного |
натяга |
в |
начальном состоянии 8= 8Н, |
т. е. |
|
Л*х.н= 0> что |
и |
отражено |
в |
(3.6). Здесь и далее величины, |
|
снабженные |
индексом «н», |
соответствуют начальному |
5Н, |
||
а индексом «к» — конечному зазору 8К. В замкнутом состоянии КС зазор 8= 8Кобусловлен двойной толщиной АКЛ1 контактного покрытия и наличием на его поверхности микрошероховато стей. В этом состоянии противодействующее усилие Рмх>к мак симально (рис. 3.16). На том же рисунке изображены тяговые характеристики Рэ(8) реле на герконе, показывающие изменение электромагнитной силы Рэ при неизменных значениях парамет ра X управления. Под параметром управления понимается МДС F управления, ток I в обмотке или шине, напряжение С/, приложенное к обмотке, координата, характеризующая положение ПМ, и т. п. Чем сильнее воздействие параметра управления, тем выше располагается тяговая характеристика.
Противодействующая характеристика геркона при началь ном зазоре не имеет характерной «ступеньки», присущей якорным электромагнитным реле. При воздействии даже очень малого сигнала управления происходит уменьшение зазора 8 до значения, соответствующего равенству тягового элект ромагнитного усилия и противодействующей силы. Это значе ние соответствует точке пересечения тяговой и противодей ствующей характеристик. Так, при значении Х х параметра
130