книги из ГПНТБ / Основы авиационной автоматики учеб. пособие

сумме постоянных времени отдельных обмоток;

Т1, Т 2, . . . , Т п— определяются при разомкнутых цепях остальных обмоток.

Как видно из (2.73), магнитный усилитель является удобным суммирующим устройством.

К числу достоинств магнитного усилителя относятся проч­ ность, высокая надежность, отсутствие подвижных частей, срав­ нительно высокий коэффициент полезного действия, простота суммирования сигналов, стабильность характеристик, практиче­ ски мгновенная готовность к действию после включения питания.

Основным недостатком магнитных усилителей является за­ паздывание, определяемое постоянной времени Т. Некоторое снижение запаздывания можно получить при заданном k, ис­ пользуя каскадное соединение магнитных усилителей.

Реле и релейные усилители

Реле находят весьма широкое применение в схемах разнооб­ разных автоматов и управляющих устройств. Реле — это устрой­ ства. предназначенные для прерывистого, дискретного управле­ ния токами и напряжениями посредством электрических сигна­ лов сравнительно малой мощности. Имеется большое количество различных типов реле: электромагнитные, поляризованные, маг­ нитоэлектрические, электродинамические, индукционные и др.

Во всех указанных типах реле входной (управляющий) сиг­ нал вызывает механическое перемещение подвижной части реле (якоря). При этом происходит замыкание (размыкание) контак­ тов реле и связанное с этим прерывистое управление токами в электрических цепях.

Такой характер управления можно практически осуществить в любом усилителе: магнитном, электронном, полупроводнико-, вом, осуществив в нем положительную обратную связь с доста­ точно большим коэффициентом обратной связи. В частности, магнитный усилитель, работающий в релейном режиме, находит практическое применение в ряде систем авиационного оборудо­ вания. Однако в данном параграфе мы ограничимся рассмотре­ нием лишь тех типов реле, в которых управляющий сигнал вы­ зывает механическое перемещение якоря и замыкание (размыка­ ние) контактов. По функциональному назначению реле делят на следующие классы:

1)контрольные или измерительные;

2)' пусковые (контакторы, магнитные пускатели и т. п.), слу­ жащие для включения, выключения и реверса различных агрега­ тов;

3)исполнительные, непосредственно воздействующие на уп­ равляемый объект;

127

4) промежуточные, воспринимающие входные сигналы и вы рабатывающие выходной сигнал, необходимый для исполнитель­ ных устройств большой мощности, непосредственно воздействую­ щих на управляемый объект.

По времени срабатывания* г?ср реле делятся на следующие классы:

1)сверхбыстродействующие, у которых ^ср не превышает

0,001 с,

2)быстродействующие, для которых tzp лежит в пределах от

0,001 до 0,05 с;

3)нормальные, tcp которых составляет от 0,05 до 0,15 с;

4)замедленные с ^ср, достигающим единиц секунд;

5)реле времени, у которых ?ср более 1 с.

Рассмотрим наиболее распространенные электромагнитные реле.

Реле данного типа представляет собой электромагнит, якорь которого снабжен контактами. По роду используемого тока электромагнитные реле подразделяются на реле постоянного то­ ка и реле переменного тока. Однако ограничимся рассмотрением реле постоянного тока.

Несмотря на большое разнообразие конструкции магнитных систем и контактных групп электромагнитных реле, их можно подразделить на две группы: реле с поворотным якорем и реле с якорем втяжного типа.

Первые, как правило, предназначаются для замыкания и раз­ мыкания цепей управления относительно небольшой мощности. Так, например, телефонное реле с якорем поворотного типа уп­ равляет токами, не превосходящими нескольких ампер.

а)

Рис. 2.38. Схемы электромагнитных реле:

а— с якорем поноротного типа; 6 — с якорем втяжного

типа:

1, 2 — п о д в и ж н ы й и н е п о д в и ж н ы й к о н т а к т ы ; 3 — о б м о т к а р е л е ; 4 — м а г н и т о п р о в о д ; 5 — п р о т и в о д е й с т в у ю щ а я п р у ж и н а ; 6 —

як о р ь ; 7 — с е р д е ч н и к

*Временем срабатывания называется время от момента включения реле до окончания движения якоря.

1 2 8

Вторые обычно применяются для управления устройствами значительной мощности и называются контакторами. В самолет­ ных установках рабочие токи контакторов доходят до сотен ам­ пер''.

Схема реле с поворотным якорем приведена на рис. 2.38,а, a устройство реле с якорем втяжного типа — на рис. 2.38,6. При протекании тока по обмотке 3 реле возникает магнитный поток, который проходит через сердечник 7, магнитолровод 4, якорь 6 и замыкается в воздушном зазоре между якорем и сердечником. Сила притяжения, создаваемая этим магнитным потоком, вызы­ вает срабатывание реле. Отпускает реле под воздействием либо специальной пружины 5, либо пружин контактов. Электромаг­ нитное реле срабатывает при любой полярности приложенного напряжения, и так как оно не реагирует на изменение полярности, то его называют нейтральным реле. Рассмотрим основные эле­ менты реле.

М а г н и т н а я с и с т е м а реле состоит из якоря (или сер­ дечника), неподвижного сердечника, на котором расположена катушка реле, и остова или основания.

Магнитопроводы реле изготовляются из электротехнической стали, имеющей большую магнитную проницаемость и малую коэрцитивную силу. Магнитопроводы реле переменного тока для уменьшения потерь на гистерезис и вихревые токи собираются из листовой стали. Для магнитопроводов быстродействующих реле применяют кремнистую сталь с повышенным удельным сопротив­ лением, что значительно уменьшает влияние вихревых токов на время срабатывания и отпускания реле. Для специальных вы­ сокочувствительных, быстродействующих и поляризованных реле применяют железоникелевые сплавы — пермаллой с высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями на гистерезис.

элементов из гетинакса, текстолита или электрического картона, а также методом прессования из карболитовыхпорошков различ­ ного состава. Иногда применяют медные пли латунные каркасы с продольным разрезом, который позволяет устранить вихревые токи.

Для обмоток реле, как правило, применяется медный провод. Для изоляции обмоток реле от магнитопровода применяются различные электроизоляционные пленки (триацетатная, ацетат-

целлюлоза и др.) .

К о н т а к т ы р е л е — это специальным образом выполнен­ ная пара проводников, служащая для замыкания и размыка­ ния электрической цепи. Различают три основных типа контак­ тов: точечные, линейные и плоскостные. В электромагнитных ре­ ле обычно используются точечные и плоскостные, причем точеч­ ные контакты получили наибольшее распространение в мало­ мощной автоматике. Для управления относительно мощными

электрическими цепями применяются плоскостные контакты. Контакты реле делятся на нормально разомкнутые и нормально замкнутые. Нормально разомкнутыми называются контакты, ра­ зомкнутые при отсутствии тока в обмотке реле и замыкающиеся при срабатывании реле.. Нормально замкнутыми называются контакты, замкнутые при отсутствии тока .в обмотке и размыкаю­ щиеся при срабатывании реле. Могут быть еще так называемые переключающиеся контакты. Примеры обозначения реле в схе­ мах показаны на рис. 2.39. К числу важнейших статических ха­ рактеристик реле относят тяговую и механическую характери­

Р и с. 2.39. Условное обозначение контак­ тов в схемах:

а— реле, б — контакторы.

Ви д ы к о н т а к т о в :

1 — н о р м а л ь н о з а м к н у т ы е ; 2 — н о р м а л ь н о р а ­ з о м к н у т ы е ; 3 — п е р е к л ю ч а ю щ и е с я

Механическая характеристика — это зависимость силы FM про­ тиводействующей пружины от величины воздушного зазора

Л. = ¥(&).

Для готовых реле тяговые и механические характеристики могут быть получены экспериментально. При проектировании реле ука­ занные характеристики определяются расчетным путем. Тяговую характеристику реле можно рассчитать, воспользовавшись общей формулой для силы притяжения электромагнита

. ___1 р dL

(2.74)

130

8 — величина воздушного зазора между якорем и сердеч­ ником реле.

Индуктивность L обмотки представим в общем виде

где Ф — рабочий поток;

w — число витков обмотки.

Если магнитная система реле остается ненасыщенной во всем

Сучетом (2.74) будем иметь

1(Iw)2

F> =

Rm +

Po 5

щая сила обмотки, приходящаяся на воздушный зазор 8. Тогда

личаются от построенных по формуле (2.79), особенно при ма­ лых и больших значениях воздушного зазора. Последнее обус­

учитывались при выводе формулы (2.79). Одна из реальных тя­ говых характеристик реле показана на рис. 2.40 пунктиром.

Механическую характеристику, т. е. зависимость силы упру­ гости пружины от величины воздушного зазора Fu = <р(8), мо­ жно считать линейной

2.40,6. При подборе пружин реле необходимо обеспечить соглаоо-

132

■вание характеристики пружины с тяговой характеристикой электромагнита. Согласование характеристик определяет соот­ ношение силы притяжения якоря и силы пружины во всем диапа­ зоне изменения воздушного зазора.

няется от 80 до ок. Работа, совершаемая электромагнитом, равна площади авгд, а энергия деформации пружины — площади абгд. Разность площадей, т. е. заштрихованная площадь абв, численно

•равняется кинетической энергии якоря, расходуемой при ударе контактов якоря об ограничитель. Чем больше площадь, тем большую кинетическую энергию развивает якорь, поэтому при ударе об упор возможно отскакивание якоря и дребезг контак­ тов. Для уменьшения площади абв иногда применяют пружины с нелинейной характеристикой. Однако уменьшение заштрихован­ ной площади целесообразно лишь до некоторого предела, так как при этом уменьшается сила контактного давления FK (отрезок бв). Эта сила выбирается из условия обеспечения необходимой мощности на контактах и безотказной работы реле в условиях вибраций и ускорений.

Рассмотрим процесс отпускания якоря реле. При уменьшении тока в обмотке реле отпускание происходит в точке б. В этой точке намагничивающая сила обмотки достигает значения ®Д0тп> при которой сила электромагнита становится равной силе пру­ жины. В точке б, как видно из рис. 2.40,6, пересекаются тяговая

идут значительно круче механической характеристики. Вводится понятие коэффициента возврата реле, под которым понимается отношение намагничивающей силы отпускания к намагничиваю­ щей силе срабатывания

133

Для реле, работающих в системах автоматического управле­ ния, стремятся получить коэффициент возврата возможно более близким к единице. Однако при линейной характеристике пру­ жины квредко превышает значение 0,6—0,7. Для характеристики чувствительности реле обычно указывают величину тока сраба­ тывания /ср и тока отпускания /отп реле.

Обмотка реле представляет собой цепь с индуктивностью L н сопротивлением R, в которой при включении на постоянное нап­ ряжение происходит нарастание тока до установившегося значе­

ния /уст= ---- 1 однако реле сработает раньше, чем ток нарастет

R

до установившегося значения. Отношение установившегося зна­ чения тока к току срабатывания называется коэффициентом за­ паса по срабатыванию

(2.82)

ивыбирается обычно в пределах от 3 до 6.

Бзаключение следует отметить, что рассмотренные характе­ ристики являются статическими, однако в ряде случаев они мо­ гут быть использованы также для определения сил, действую­ щих на якорь реле в процессе его движения. Это будет справед­ ливо в том случае, когда последовательно с обмоткой реле включено достаточно большое сопротивление. Тогда противо- э.д.с., наводимая в обмотке реле при движении якоря, не вызы­ вает заметного изменения тока в этой обмотке и намагничиваю­ щая сила Iw практически постоянна.

Различают также следующие временные характеристики ре­

ле:

— в р е м я т р о г а н н я tTp — время от момента включе­ ния реле на постоянное напряжение до начала движения якоря. Это время определяется временем нарастания тока до величины

мени трогания и времени движения якоря

(2.83)

Для электромагнитных реле обычного исполнения величина от­ ношения £двДір составляет 0,1 — 0,4. Аналогичные временные параметры имеет реле при отпускании. Процесс отпускания ре­ ле начинается с момента отключения обмотки от источника пи­ тания до момента размыкания контактов. Этот процесс так же, как процесс срабатывания, характеризуется соответствующим

134

в р е м е н е м т р о г а н и я £гр0, в р е м е н е м д в и ж е н и я г?дв0 и в р е м е н е м о т п у с к а н и я

что и при срабатывании реле.

Процесс срабатывания и отпускания электромагнитного реле

ре — постоянная величина, поэтому ток / в обмотке электромаг­

Время, соответствующее этому промежутку времени, есть время

135

По истечении времени трогания Ар начинается движение якоря. При эгом величина воздушного зазора 8 уменьшается, а индук­ тивность обмотки L соответственно возрастает. В результате дви­ жения якоря в обмотке реле наводится дополнительная противо- э.д.с., которая замедляет (тормозит) рост тока / в обмотке. При достаточно большой скорости движения якоря противо-э.д.с. бу­ дет значительной, что может вызвать даже спадание тока (уча­ сток аб, рнс. 2.41,0).

По окончании движения якоря происходит соприкосновение контактов реле и далее следует практически мгновенная останов­ ка (торможение) якоря. При этом зазор 8 становится мини­ мальным 8 = ок, а индуктивность обмотки максимальной L = = АманеТок в обмотке реле после остановки якоря нарастает по

срабатывания реле типа РСМ-1 составляет 3 — 10 миллисекунд. Процесс отпускания реле при отключении обмотки протекает еще сложнее, чем процесс срабатывания. Примерный вид про­ цесса спадания тока в обмотке реле при размыкании цели пока­ зан на рис. 2.41,6. Ток в первый момент поддерживается через дугу в месте разрыва цепи, магнитный поток опадает медленнее тока, так как поддерживается возникающими в массе магнитопровода вихревыми токами. Вихревые токи поддерживают спа­ дающий магнитный поток при отпускании реле и препятствуют нарастанию магнитного потока при срабатывании (включении) реле. Этот факт используют для увеличения времени срабатыва­ ния и опускания реле, для чего на сердечник реле помещается медная втулка [см. схемы замедления срабатывания реле (рис. 2.43)]. Время отпускания реле РСМ-1 имеет порядок 2—4 мс. Рассмотрим некоторые методы изменения основных парамет­ ров реле. К числу основных параметров реле относят время срабатывания и отпускания (Ар и А™)> а также ток срабатыва-

136