книги / Электрооборудование электровакуумного производства

Электромагнита, по обмотке 1 которого пропуска­ ется управляющий ток (рис. 1-8). При отсутствии тока возвратная пружина оттягивает якорь. Контактная си­ стема 4 механически связана с якорем, поэтому при

вания используются так называемые промежуточные реле, которые применяются для размножения команды в электрических схемах, для переключений отдельных приборов и аппаратов схем в процессе работы, для усиления первичного командного импульса, недостаточ­ ного для включения исполнительного аппарата.

Промежуточные реле, как правило, имеют большое количество нормально открытых и нормально закрытых контактов, которые используются в конкретных схемах.

В электрооборудовании электровакуумного производ­ ства чаще других используются малогабаритные проме­ жуточные реле типов ПЭ-6 и ПЭ-1 (рис. 1-8).

В ряде схем автоматических систем управления при­ меняются телефонные реле типов РКН и РПН, кодовые реле и некоторые другие.

Промежуточные реле изготавливаются как с катуш­ ками постоянного тока, так и с катушками переменного

Очень часто в электрооборудовании электровакуум­ ного производства в целях защиты аппаратуры от пере­ грузок используются тепловые реле. Действие их осно­ вано на прекращении подачи энергии питания при по-

41

вышснном нагреве чувствительного элемента, что вы­ зывается превышением расчетных параметров тока. Схе­ ма теплового реле показана на рис. 1-9.

При прохождении тока I нагревательный элемент I нагревает биметаллическую пластину 2, конец которой упирается в поворотный рычаг 3. По катушке 5 цепи управления протекает ток /у, который, преодолевая уси­ лие пружины растяжения 8, обеспечивает замыкание главных рабочих контактов сети 6. При возрастании

1

тока / нагревательный элемент 1 нагревает биметалли­ ческую пластину 2 так, что она отклоняется от горизон­ тального положения. При этом рычаг 3 под действием пружины 4 поворачивается против часовой стрелки и размыкает контакты 7 в цепи управления. Электромаг­ нит 5 обесточен, и под действием пружины 8 контакты 6 разрывают цепь рабочего тока I.

На рис. 1-10 показана схема электромагнитного реле с поворотным якорем, которое может быть применено как реле максимального тока, максимального и мини­ мального напряжения. Управляющий ток /у проходит по катушкам 2 магнитопровода 1, заставляя поворачивать­ ся фигурный якорь 3, вращающийся на подпружиненной оси 4. С поворотной осью рычага связана контактная пластина 5, замыкающая контакты сети 6.

Широкое распространение в схемах электрооборудо­ вания электровакуумного производства получили элек­ тронные реле. Электронным реле принято называть лю-

42

бое электронное устройство, обладающее релейной ха­ рактеристикой. Наиболее простым электронным реле является устройство, содержащее обычное электромаг­ нитное реле и электронную лампу, выполняющую функ­ ции усилителя. Наличие усилителя позволяет резко сни­ зить мощность сигнала управления. Практически можно считать, что электронное реле не потребляет мощности управляющего сигнала, т. е. пригодно для измерения или фиксирования незначительных по величине сигналов. Большое входное сопротивление усилителя для электрон­ ных реле типа «сеточного контакта», у которых сраба­ тывание вызывается замыканием (размыканием) управляющего контакта в сеточной цепи лампы, позво­ ляет резко упростить конструкцию контакта за счет сни­ жения требований к нему. Благодаря малым значениям сеточных напряжений и токов управляющий контакт может быть выполнен с малым зазором и малым кон­ тактным давлением, так как величина переходного сопротивления контакта не играет существенной роли. Это позволяет применять для управления таким элек­ тронным реле маломощные чувствительные датчики при использовании электронных реле в схемах автоматики. При замене электронной лампы тиратроном применение электромагнитного реле не обязательно, так как сам тиратрон обладает релейной характеристикой и может работать непосредственно на исполнительный орган или устройство. Реле с использованием тиратрона называют тиратронным. Тиратронные реле используются в схемах автоматического управления и регулирования, в схемах быстрого счета, измерения малых промежутков времени и т. д. В ряде случаев для автоматизации процессов и для измерений, особенно при быстро протекающих явле­ ниях, использование контактных электронных реле за­ труднительно или невозможно из-за присущих им недо­ статков. В таких случаях нашли широкое применение бесконтактные электронные реле. Бесконтактным элек­ тронным реле называется схема, которая при заданных постоянных значениях ее параметров и напряжений пи­ тания обладает двумя состояниями равновесия, характе­ ризующимися двумя устойчивыми значениями токов в ее цепях. Простейшим бесконтактным электронным реле является триггер. Использование таких схем построено на том, что при подаче небольших управляющих напря­ жений или при незначительных изменениях параметров

43

схемы их можно заставить резко, скачком переходить из одного равновесного состояния в другое.

При необходимости создания временной задержки на базе электронного реле введением в его схему времязадающей цепочки получают электронное реле времени. Схема простейшего электронного реле времени показана (в двух вариантах) на рис. 1-11. При замкнутом контак­ те (рис. 1-11,а) конденсатор заряжен до напряжения Ucо, запирающего лампу. При размыкании контакта кон-

Рис. 1-11. Электронные реле времени.

а — с контактом на размыкание; б — с контактом на замыкание; е — графики, поясняющие принцип работы.

денсатор разряжается через резистор R. По мере разря­ да конденсатора уменьшается смещение на лампе и воз­ растает анодный ток. Если известно напряжение смеще­ ния ср, при котором срабатывает реле, то легко найти время срабатывания электронного реле времени:

=1 п - ^

Очевидно, что время срабатывания тем больше, чем больше постоянная времени времязадающей цепочки. Однако выбор больших значений С и R ограничен влия­ нием проводимостей утечки лампы и конденсатора. Ре­ зистор R не должен выбираться более 5 —10 МОм, а емкость конденсатора— 10 мкФ. Это позволяет полу-

44

чать выдержки времени от миллисекунд до десятков секунд без специальных мер, которые необходимы в слу­ чае расширения диапазона временных интервалов или при необходимости получения заданной выдержки с вы­ сокой степенью точности. Схема, показанная на рис. 1-11,6, работает при замыкании контакта аналогич­ но схеме на рис. 1-11,а. Лампа заперта смещением, по­ ступающим в сеточную цепь через резистор Rc■При за­ мыкании контакта конденсатор заряжается от вспомога­ тельного источника положительным напряжением, что приводит к отпиранию лампы.

Транзисторное реле. Очевидно, что при замене электронной лам­ пы или тиратрона на транзистор транзисторный вариант реле в общем случае будет обладать примерно такими же характеристи­ ками. В случае применения специальных транзисторов можно резко улучшить отдельные характеристики транзисторного реле. Например, применение полевого транзистора позволяет резко снизить мощность управляющего сигнала, использование высокочастотных транзисторов позволяет увеличить быстродействие и т. д. Возможность получения заданных технических характеристик в сочетании с высокой надеж­ ностью (полученной в результате замены контактной системы тран­ зистором, работающим в ключевом режиме), малые габариты и низ­ кая стоимость обеспечили конкурентоспособность и широкое распро­ странение транзисторных реле в схемах электроавтоматики и вычис­ лительной техники.

Реле с магиитоуправляемыми контактами. Попытки устранить недостатки электромагнитных реле и повысить их надежность при­ вели к созданию безъякорных электромагнитных реле с использова­ нием магнитоуправляемых контактов (герконов). Геркон представ­ ляет собой ферромагнитные электроды, герметизированные в отка­ чанном или наполненном инертным газом объеме миниатюрной стек­ лянной колбы. Ферромагнитные электроды управляются внешним магнитным полем, создаваемым катушкой электромагнитного реле. Соприкасающиеся поверхности электродов покрываются для умень­ шения контактного сопротивления серебром, золотом илн родием либо смачиваются ртутью. Таким образом, электроды выполняют роль магиитопровода и контактной системы обычного электромагнит­ ного реле. Благодаря применению герметизированных контактов до­ стигаются повышенная надежность коммутации и большой срок службы, а отсутствие якоря позволяет увеличить быстродей­ ствие за счет уменьшения массы подвижных элементов. Реле с магиитоуправляемымн контактами имеют улучшенные характеристики по сравнению с обычными электромагнитными реле.

Поляризованные реле. Поляризованное реле отличается от обыч­ ного электромагнитного реле наличием дополнительного постоянного магнита, благодаря которому направление перемещения якоря зави­ сит от полярности намагничивающего тока. Возможность реагирова­ ния на полярность управляющего сигнала в сочетании с высокой чувствительностью, большим коэффициентом управления и малым временем срабатывания обеспечили широкое применение поляризо­ ванных реле в схемах маломощной автоматики, особенно в схемах следящих систем маломощного электропривода.

45

Способы ускорения и замедления срабатывания реле, а также методы искрогашения описаны в § 1-3. В различных схемах автома­ тики, а также при измерениях довольно широко используются ампли­ тудно-фазовые системы измерения и управления. В амплитудно-фа­ зовых системах встречается необходимость отмечать не только ве­ личину управляющего сигнала, но и изменение фазы на 180° (пере­ ворачивание фазы). Например, напряжение, снимаемое с сигнальной обмотки сельсина в трансформаторном режиме, изменяет фазу на 180° при изменении направления вращения его ротора, причем амплитуда напряжения при этом может не меняться. Для решения подобных задач используется электронное реле, имеющее фазочувствительпый усилитель. Фазочувствительные электронные реле полу­ чили широкое применение в маломощных следящих системах, рабо­ тающих на переменном токе. Широкому применению фазочувстви­ тельных электронных реле способствуют характерные особенности амплитудно-фазовых систем, основными достоинствами которых являются высокие точности и хорошая помехозащищенность.

МАГНИТНЫЕ ПУСКАТЕЛИ

Магнитный пускатель представляет собой аппарат, состоящий из одного или двух контакторов, иногда со­ держащий реле и предназначенный для запуска и остано­ ва асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. В схемах оборудования электровакуумного производства весьма часто используется как пусковой и коммутационный прибор дистанционного действия при ручном и автоматическом управлении энергоемкими процессами. Промышленностью выпускаются нереверсив­ ные и реверсивные магнитные пускатели.

Нереверсивный магнитный пускатель (рис. 1-12,а) предназначен для включения двигателя с одним направ-

Рис. 1-12. Схема включения электродвигателя с помощью магнитного пускателя

а - нереверсирусмая; б -- реверсируемая.

46

лением вращения. При нажатии кнопки «Пуск» в цепй электромагнита контактора пойдет ток от фазы Л3 через нормально закрытые контакты кнопки «Стоп», кнопку «Пуск» (замкнутую в момент запуска), катушку магни­ та Рк, нормально закрытые контакты теплового защит­ ного реле на фазу Л%. При этом замкнутся главные кон­ такты пускателя К и самоудерживающие контакты управления БК, что позволит без разрыва цепи отпу­ стить кнопку «Пуск» (поскольку при этом ток пойдет по замкнутым самоудерживающим контактам в обход кноп­ ки «Пуск»), Остановка двигателя произойдет при разры­ ве цепи управления либо в результате нажатия кнопки «Стоп», либо в результате автоматического размыкания контактов ТР теплового защитного реле.

Магнитный пускатель защищает электродвигатель и от пониженного напряжения, так как в этом случае уменьшается сила притяжения якоря цепи управления и главные контакты размыкаются (см. рис, 1-9).

Реверсивный магнитный пускатель (рис. 1-12,6) пред­ назначен для включения электродвигателя Д и его вы­ ключения и обеспечения вращения в обратном направ­ лении. Как известно, для изменения направления вра­ щения электродвигателя следует при подключении его к трехфазной сети электропитания поменять места под­ ключения двух фаз. Реверсивный магнитный пускатель, как видно из рис. 1-12,6, имеет две цепи управления для включения «Вперед» / и «Назад» II. При нажатии кноп­ ки «Вперед» нормально закрытые контакты кнопки в це­ пи I размыкаются и замыкаются контакты этой кнопки в цепи II. При этом ток в цепи управления пойдет сле­ дующим образом: от фазы Л3 через кнопку «Стоп», за­ мкнутые кнопкой «Вперед» контакты цепи II, нормально закрытые контакты кнопки «Назад», катушку Кв (груп­ пы главных контактов Кб), нормально закрытые кон­ такты теплового реле ТР на фазу Л% В результате этого замкнутся главные контакты пускателя Кв, а цепь управ­ ления встанет на самоудерживание, так как при про­ хождении тока по катушке магнита Кв замкнутся кон­ такты БКВ и кнопку «Вперед» можно отпустить (за­ мкнув при этом нормально закрытые контакты этой кнопки).

Остановка двигателя происходит при нажатии кнопкг «Стоп» либо в результате размыкания контактов тепло вого реле, подключенных к цепи управления.

4

Для реверсивного вращения двигателя нужно нажать кнопку «Назад». При этом включаются главные контак­ ты Кп, в результате чего меняется подключение к дви­ гателю фаз Л 2 и Лз (рис. 1-12,6) и двигатель начинает вращаться в обратную сторону.

МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Магнитные усилители в цепях управления электро­ оборудования электровакуумного производства предна­ значены для регулирования значительного потока управ­ ляемой энергии переменного тока с помощью постоянного тока небольшой мощности. Магнитные усилители по­

магнитных усилителей основан на изменении индуктив­ ности реактивной катушки при подмагничивании ее по­ стоянным током. Схема, поясняющая работу усилителя, приведена на рис. 1-13.

Нагрузка Z и реактивная катушка L со стальным сердечником соединены последовательно и находятся под напряжением переменного тока Un (рис. 1-13,а). Ток в цепи можно менять, изменяя сопротивление обмотки с помощью, например, изменения числа витков.

Однако изменения сопротивления реактивной катуш­ ки можно добиться электрическим путем. С этой целью на сердечник (рис. 1-13,6) наматывается управляющая обмотка ©у, с помощью которой производится подмагничивание сердечника постоянным током. От величины /у будет зависеть индуктивное сопротивление реактивной катушки переменному току. Зависимость такова: с уве­ личением тока подмагничивания уменьшается индуктив­ ное сопротивление и возрастает ток в нагрузочной цепи, 1 наоборот. Таким образом, магнитный усилитель позво-

1

Ляет при помощи тока в одной электрической цепи управлять током, а следовательно, и мощностью в дру­ гой цепи.

В практически применяемых магнитных усилителях показанная на рис. 1-13,5 схема не получила распрост­ ранения, так как две намотанные на один сердечник обмотки управляющей и рабочей цепей работают как трансформатор. В используемых усилителях вместо одной реактивной ка­ тушки последовательно соединяются две катуш­

ки Li и U. (рис. 1-14,а). Обмотки расположены так, что электродвижу­ щие силы в них, вызывае­ мые рабочим током, вза­ имно компенсируются. Такая пара катушек на­ зывается дросселем на­ сыщения и работает как

к управляющему); усиления напряжения (отношение на­ пряжения на нагрузке к напряжению управляющей цепи усилителя). Обычно коэффициент усиления мощности в усилителях, применяемых в электрооборудовании элек­ тровакуумного производства, не превышает 200. В тех­ нике существуют конструкции магнитных усилителей с коэффициентом усиления до 5000.

ПУТЕВЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Путевые (конечные) выключатели предназначены для автоматического управления процессами за счет пере­ ключения цепей управления движущимися деталями механизмов. Путевые выключатели используются для остановки движущихся механизмов путем отключения сети в конце хода. На рис. 1-15 показана конструкция путевого кнопочного выключателя. В корпусе 5 в на­ правляющей втулке под действием движущейся детали

Т а б л и ц а i-14

Условные графические обозначения коммутационных устройств

Контакт коммутационного устройства:

замыкающий

размыкающим

ИЛИ

переключающии

Контакт для коммутации сильноточной^цепи:

замыкающий

размыкающий

замыкающий дугогасительный

размыкающий дугогасительный

50