книги из ГПНТБ / Рекус, Г. Г. Элементы автоматизированного электропривода учебное пособие

равляющее напряжение при этом составляет порядка 5—7 вольт, а управляющий ток порядка нескольких миллиампер. После открытия тиристора управляющий электрод независимо от вели­ чины и знака управляющего напряжения не оказывает далее влияния на работу тиристора.

Тиристоры в общем случае имеют весьма высокий коэффи­ циент полезного действия, достигающий порядка 0,97 -f- 0,99, обладают достаточно длительным сроком службы и требуют весьма малую мощность для управления. Этим объясняется все возрастающее использование тиристоров в различного рода схемах бесконтактного автоматического управления электро­ приводом.

§ 2. Магнитные усилители

Магнитные усилители представляют собой статические элек­ тромагнитные аппараты, основанные на использовании свойства нелинейности кривой намагничивания ферромагнитных магнито-

проводов.

Подобные усилители находят широкое применение в различ­ ного рода системах автоматического управления процессами. Они характеризуются долговечностью, надежностью в работе, не требуют времени для подготовки к пуску, выдерживают боль­

160

шие перегрузки, обладают высоким коэффициентом полезного действия, не боятся тряски, ударов и т. д.

Рис. 10-3. Схема однотактного магнитного усилителя

Простейшим магнитным усилителем является дроссель насы­ щения (рис. 10—3), состоящий из стального магнитопровода 1 и обмотки постоянного тока wy и обмоток переменного тока Wj w2. При этом обмотки переменного тока являются рабочими об­ мотками. Последовательно с ними включается нагрузочное сопротивление ZH. Обмотка постоянного тока является управляю­ щей. Следует заметить, что обмотки переменного тока выпол-

161

няются таким образом, чтобы исключить наведение переменной э. д. с. в управляющей обмотке постоянного тока, при чем потоки в среднем сердечнике магнитопровода оказываются направлен­ ными встречно.

При подаче на управляющую обмотку достаточно большого постоянного напряжения дроссель переходит в область насыще­ ния. При этом индуктивность обмоток переменного тока резко уменьшается. На рис. 10—4 показана кривая изменения индук­ тивности обмоток переменного тока дросселя от тока. При токе управления 1У= 0 индуктивность значительна. По мере

возрастания тока управления, а следовательно, по мере возраста­ ния степени насыщения сердечника, индуктивность снижается и соответственно приводит к снижению индуктивного сопротивле ния обмоток переменного тока, а следовательно к уменьшению

При этом ток, протекающий в цепи нагрузки возрастает, след­ ствием чего является возрастание напряжения UBых, снимаемое

с нагрузки. Таким образом, изменяя ток 1Ууправляющей обмотки, можно изменять величину выходного напряжения, а следователь-

Рис. 10-6. Схема однотактного магнит­ ного усилителя с внешней положитель­ ной обратной связью

)

162

но, выходную мощность, выделяемую в цепи нагрузки z„. При­ мерный вид статической характеристики магнитного усилителя приведена на рис. 10—5. Рабочим участком является прямоли­ нейный участок характеристики. Рассмотренный простейший магнитный усилитель, однако, не реагирует на изменение поляр­ ности управляющего сигнала. Кроме того, при отсутствии сиг­ нала управления на выходе усилителя имеется в данном случае некоторое значение напряжения что неблагоприятно сказывается на работе усилителя. Подобные магнитные усилители называются однотактными или нереверсивными. Этим усилителям свойствены значительная инерция и сравнительно небольшой коэффициент усиления. Для устранения указанных недостатков в магнитных усилителях используется положительная обратная связь. Схема однотактного магнитного усилителя с внешней положительной обратной связью приведены на рис. 10—6.

Сущность положительной обратной связи заключается в том, что для подмагничивания сердечника дросселя используется час­ тично или полностью ток, протекающий в цепи нагрузки z„. С помощью двухполупериодной выпрямительной схемы постоян­ ный ток подается в обмотку обратной связи.

В этом случае суммарная магнитодвижущая сила магнитопровода состоит из магнитодвижущей силы, создаваемой об­ моткой управления и магнитодвижущей силы, создаваемой об­ моткой обратной связи. Как показано на рис. 10—6 нагрузка z„ включена в цепь обратной связи. Можно питать нагрузку и пос­ тоянным током, как показано пунктиром на рисунке.

Характеристика магнитного усилителя с положительной об­ ратной связью приведена на рис. 10—7, из которого видно, что

Рис. 10-7. Характеристика магнитного уси­ лителя с положительной обратной связью

163

при токе управления / у = 0 ток нагрузки равен /н .

При отрицательном значении управляющего тока 1У= — / уо ток нагрузки имеет минимальную величину.

Следует отметить, что в настоящее время в схемах с магнит­ ным усилителем чаще применяются магнитные усилители с внут­ ренней положительной обратной связью или магнитные усили­

тели с самоподмагничиванием (с самонасыщением).

Однако однотактные магнитные усилители имеют ряд недо­ статков, к числу которых следует отнести наличие некоторого значения тока на выходе при отсутствии сигнала на входе, а так же то, что величина выходного напряжения и его фаза не зависят от полярности входного сигнала. Между тем, во многих практи­ ческих случаях требуется, чтобы усилитель реагировал на поляр­ ность сигнала и при отсутствии сигнала на входе, имел выходное напряжение равное нулю.

При этом желательно, чтобы характеристики усилителя про­ ходили через нуль и были симметричными относительно оси ординат.

Во многих случаях применяются т. н. двухтактные усилители, которые строятся по дифференциальной мостовой и трансфор-

Рис. 10-8. Дифференциальная схема магнитного усилителя

164

маторной схемам усиления. В схемах управления электроприво­ дов применяются дифференциальные и мостовые схемы усили­ телей. В качестве примера на рис. 10—8 приведена дифференциаль­ ная схема двухтактного магнитного усилителя, в которой преду­ смотрено два одинаковых дросселя с обмотками переменного тока w! и w2,'обмоткой управления щ и обмоткой смещения wCM (обмотка вспомогательного подмагничивания). Обмотки управ­ ления и вспомогательная обмотка в схеме соединены последова­ тельно, а обмотки переменного тока одними концами соединены

вобщую точку, а другими — к вторичной обмотке питающего трансформатора Гр. Между точками а й в включается нагрузоч­ ное сопротивление zH. Обмотки подмагничивания питаются от вспомогательного источника постоянного тока с напряжением Ut,

вкачестве которого во многих случаях используется источник переменного тока, с мостовой схемой выпрямления.

При токе управления /, = 0, когда оба дросселя подмагничены

водинаковой степени за счет обмот' с вспомогательного подмаг­

ничивания, 1 г = / 2, так как при этом дроссели имеют одинако­ вые сопротивления обмоток. Ток нагрузки в этом случае равен нулю, поскольку токи Zj и / 2 протекают в противоположных направлениях.

При подаче в обмотки управления wy сигнала в виде постоян­ ного тока управления /у магнитные потоки, создаваемые током управления и током в обмотке вспомогательного подмагничива­ ния в магнитопроводе одного дросселя складываются, в дру­ гом— вычитаются. При этом индуктивное сопротивление пер­ вого дросселя уменьшается, а второго, наоборот, увеличивается и по нагрузочному сопротивлению zH будет протекать ток.

В случае изменения направления (изменения полярности сиг­ нала) в первом дросселе магнитные потоки будут вычитаться, а во втором — складываться, поэтому / 2 > /,, а фаза тока про­ текающего по нагрузочному сопротивлению, изменится на 180°.

На рис. 10—9 приведены характеристики дифференциального магнитного усилителя.

Для удобства рассмотрения токи дросселей здесь отложены в разные стороны.

Рабочим участком характеристики магнитного усилителя яв­ ляется прямолинейный участок, на котором имеет место прямая пропорциональность между током управления и током нагрузки. Схема усилителя обычно рассматривается таким образом, чтобы при максимальном значении тока управления магнитный усили­ тель работал на прямолинейном участке характеристики.

16S

Рис. 10-9. Характеристики управ­ ления дифференциального маг­ нитного усилителя

Для увеличения коэффициента усиления усилителя, также как и в схемах однотактных магнитных усилителей в дифференциаль­ ных схемах двухтактных магнитных усилителей вводят обратную положительную связь.

§3. Магнитные логические элементы

Всистемах автоматики, в частности, для сигнализации, про­ граммного управления, блокировок в настоящее время получили

широкое распространение магнитные логические элементы. Логические элементы выполняют операции, результатом дейст­

вия которых является появление выходных сигналов «да» или «нет», т. е. они обеспечивают наличие или отсутствие выходного напряжения (они не могут разрывать или соединять цепи, пере­ давать изменения колебаний электрических величин и т. п,), амплитуды какой-либо величины и т. д.

Магнитные логические элементы типа ЭЛМ в различного рода системах автоматики выполняют функции промежуточных бесконтактных реле на частотах 50 гц. Они находят применение для автоматического управления металлообрабатывающих стан­ ков, конвейеров, доменных, сталеплавильных процессов, для программного управления механизмами реверсивных прокатных станов, автоматизации технологических процессов в химической промышленности.

166

Логические элементы могут заменять реле только при выпол­ нении реле логических функций.

Широкое использование магнитных логических элементов обусловлено высокой надежностью и долговечностью их в работе, при этом, при отсутствии особых требований к механической прочности, срок службы их не ограничен. Магнитные логические элементы не требуют регулировки и наладки при изготовлении, отличаются простотой в эксплуатации. Подобные элементы обычно входят в состав систем управления, которые кроме логи­ ческих элементов включают в себя также входные и выходные устройства. Входное устройство обычно состоит из согласующего трансформатора и датчиков сигнала (пусковые кнопки, путевые, конечные и другие выключатели). Входные устройства в настоя­ щее время так же стремятся выполнить бесконтактными (согла­ сующий трансформатор может отсутствовать, если напряжение выхода с датчика сигнала соответствует напряжению входа логи­ ческого элемента).

нитные логические элементе; 4 — усилитель; 5 — исполни­ тельный механизм; 6 — трансформатор питания

Выходные устройства включают в себя усилители и исполни­ тельные органы (контакторы, пускатели, магнитные муфты и т* д.) В качестве усилителей обычно используются'магнитные и полу­ проводниковые усилители.

На рис. 10— 10 приведена блок-схема автоматической системы управления, построенной на основе логических элементов. Здесь автоматическая система управления представляет собой замкну­ тую цепь, коммутация которой, в отличие от схем с электромаг­ нитным реле, осуществляется не путем механического перемеще-

167

БЕСКО Н ТА КТН Ы Е АППАРАТЫ И УСТРОЙСТВА

«Импликация»

«Равнозначность»

«Неравнозначность» («альтернатива»)

«Память»

П р и м е ч а н и е : Пример содержания логических функций:

1.Функция «И». Сигнал на выходе появляется в том случае, когда имеются сиг­ налы на всех входах;

2.Функция «ИЛИ». Сигнал на выходе появляется в том случае, когда имеется сигнал хотя бы на одном из п входов.

168

ния соответствующей контактной системы, а путем изменения состояния магнитных сердечников элементов.

Логическая операция (функциональная связь) в контактных системах управления осуществляется группой реле, включенных по определенной схеме, в то время как в бесконтактной схеме управления одним логическим элементом.

Различают состояния логических цепей двух видов: «О» и «1». Знак «О» означает отсутствие входного и выходного сигналов, а знак «1» — наличие таковых.

Логические операции математической логики, реализуемые магнитными логическими элементами, имеют несколько разно-

Вг В,

видностей. Для пояснения логических функций в ниже приведен­ ной таблице приведены логические функции и их релейные экви­ валенты (табл. 10,1);,

В основу магнитно-вентильных логических элементов положен принцип действия усилителя Рейми с тороидальным сердечником из железо-никелевого сплава 50 НП (или 65НП), подвергнутого термообработке, что позволяет иметь коэффициент прямоуголь­ ное™ не ниже 0,85.

Подобный усилитель состоит из сердечника, на который намо­ таны обмотки управления и рабочая обмотка (рис. 10—11). В быстродействующем магнитном усилителе рабочее напряже­ ние (/„ и управляющее напряжение Uy находятся в противофазе.

169