6.8 Бесконтактные магнитные реле на основе мус

Работа реле характеризуется скачкообразным изменением тока в рабочей цепи при подаче управляющего сигнала определенного значения.

Такой режим работы может быть реализован в магнитных усилителях путем так называемой положительной обратной связи с выхода усилителя на его вход.

Обратная связь осуществляется в магнитных усилителях последовательным включением в цепь нагрузки специальной обмотки обратной связи ООС (рис. 5.11, а), которая, так же, как и обмотка управления ОУ, охватывает оба сердечника. Обратная связь называется положительной, если она действует согласно с управляющим сигналом, т.е. подмагничивание сердечников усилителя осуществляется двумя обмотками – управления и обратной связи. Обмотка обратной связи как бы помогает обмотке управления подмагничивать сердечники, вследствие чего от обмотки управления требуется меньшая МДС.

Если число витков обмотки ООС выбрать достаточно большим, то эта обмотка одна обеспечит подмагничивание сердечников даже при отсутствии тока в обмотке управления. Для размагничивания сердечников приходится подавать в обмотку управления отрицательный ток, достаточный для компенсации поло­жительной МДС обмотки ООС.

Рисунок 18. Магнитный усилитель с положительной обратной связью

а) – Схема МУс; б) – характеристики МУС

Построение характеристики магнитного усили­теля для данного случая показано на рис. 18, б, где характеристика магнит­ного усилителя без обратной связи представлена кривой 1, а кривая 2 – характеристика обратной связи – изображает зависимость между током нагрузки I_н и МДС обмотки обратной связи, выраженную уравнением

F_о.с = Iнv_о.с ,

где  F_o.c – МДС обмотки обратной связи; v_о.с – число витков обмотки обратной связи.

Как видно из рис 18, обмотка ООС при всех токах нагрузки создает МДС, большую, чем требуется согласно кривой 1.

Следовательно, обмотка ОУ должна создавать МДС F_y, компенсирующую избыток МДС обмотки ООС согласно равенству

F_y = F_рез - F_o.c ,

где F_рез – результирующая МДС, определяемая по кривой 1.

В соответствии с равенством на рис. 18, б построена характеристика магнитного усилителя 3, представляющая собой зависимость тока выхода от тока управления усилителя с сильной положительной обратной связью. Как видно из рисунка, построенная характеристика управления имеет участок АВ с отрицательным наклоном. Устойчивая работа усилителя на этом участке не­возможна. При малейшем случайном изменении тока нагрузки, например при его возрастании, увеличивается МДС обмотки ООС, что вызывает дальнейшее увеличение тока, и так далее до тех пор, пока усилитель не выйдет на верхнюю (или нижнюю) пологие ветви характеристики 3.

Значит, устойчивая работа усилителя возможна лишь на этих пологих ветвях, причем переход с одной ветви на другую происходит следующим образом. При отсутствии тока управления ток нагрузки максимален, что видно из рис. 18, б. При плавном увеличении отрицательного тока управления до значения, соответствующего МДС F_отп (точка В), происходит скачкообразное уменьшение тока нагрузки до значения I₀, т.е. переход в точку С. При обратном изменении МДС управления до значения F_cp (точка А) происходит скачок тока в точку D. Следовательно, поведение магнитного усилителя напоминает работу реле, причем здесь также наблюдается разница в значениях МДС срабатывания и отпускания.

Как видно из рис. 18, б, эта разница зависит от наклона участка АВ, т.е. от степени влияния обмотки обратной связи. Чем сильнее обратная связь, тем больше наклон и больше разница в МДС срабатывания и отпускания. На вид релейных характеристик также влияет и постоянное смещение, создаваемое МДС F_cм специальной обмотки смещения. Эта МДС смещает характеристику реле вдоль оси абсцисс, причем направление смещения зависит от полярности тока смещения. В результате могут быть получены характери­стики реле с различными свойствами. На рис. 19 изображены три вида характеристик и соответствующие им эквиваленты контактных реле. Характе­ристика на рис. 19, а соответствует реле с замыкающим контактом, на рис. 19, б — реле с размыкающим контактом. Коэффициент возврата этих реле   k_в = F_cp/F_отп. Характеристике на рис. 19, в соответствует реле с блокировкой, так как при снятии управляющего сигнала реле остается во включенном состоянии (точка А на рис. 19, в).

Магнитные усилители, работающие в релейном режиме, используются в автоматике для бесконтактной коммутации электрических цепей. Отсутствие контактов повышает надежность релейного элемента, особенно при большой частоте включений.

Рисунок 19. Характеристики контактного реле и его контактные эквиваленты

а) – реле с замыкающим контактом; б) – реле с размыкающим контактом; в) – реле с блокировкой.

Недостатком таких схем является наличие тока I₀ в цепи в выключен­ном состоянии. Хотя этот ток и невелик, однако иногда он нежелателен и даже недопустим. Минимальная мощность срабаты­вания бесконтактных реле на основе магнитных усилителей (БМР) достигает 10^-10В.

Отсутствие контактов и по­движных частей делает БМР исключительно надежными, износостойкими, вибро- и ударостойкими, пригодными для работы во взрывоопасных средах. В то же время БМР обладают и рядом недостатков:

1) При прямоугольной форме управляющего напряже­ния постоянная составляющая магнитного потока нараста­ет с постоянной времени цепи управления T_y. При этом происходит замедление времени срабатывания, обусловленное электромагнитным процессом в обмотке управления.

2) Параметры БМР зависят от напряжения и частоты питания, а также от температуры окружающей среды, что требует специальных мер по температурной стабилизации.

3) В положении, соответствующем U=0, нагрузка оста­ется электрически связанной с источником питания рабо­чих обмоток.

4) Схемы БМР, особенно при большом числе управляе­мых цепей, бывают сложными и громоздкими.

5) КПД рабочей цепи БМР значительно ниже, чем у кон­тактных коммутирующих аппаратов.

6) При большой мощности нагрузки масса и габариты БМР значительно больше, чем у контактных коммутирую­щих аппаратов той же мощности.

Как правило, в сложных электрических аппаратах боль­шие токи коммутируются контактными или полупроводни­ковыми устройствами и только входные элементы таких ап­паратов могут выполняться на МУ [5].