книги из ГПНТБ / Основы авиационной автоматики учеб. пособие

ния и ток отпускания (/ср и / отп). Изменение тока срабатывания и отпускания реле достигается .путем изменения натяжения пру­ жины и величины воздушного зазора между сердечником и яко­ рем.

а)

К источнику питания подключается только часть обмотки wt. По­ сле срабатывания реле вспомогательные нормально замкнутые контакты Вк размыкаются и реле будет работать в нормальном режиме; плотность тока в обмотке уменьшается до расчетного значения.

Другая схема форсирования приведена на рис. 2.42,6. Обмотка реле подсоединяется к источнику питания через добавочное со­ противление Да, которое шунтируется в момент срабатывания нормально замкнутыми контактами Вк.

В тех случаях, когда требуется увеличить время срабатыва­ ния реле, используются схемы замедления срабатывания. Одним из методовзамедлении времени срабатывания является включе­ ние конденсатора С параллельно обмотке реле и добавочного сопротивления Дд (рис. 2.43,а). После включения реле под на­ пряжение конденсатор С начинает заряжаться. В первый момент ток заряда большой и в добавочном сопротивлении RÂ создает­ ся значительное .падение напряжения. Нарастание тока в обмот­ ке задерживается. Время срабатывания реле значительно увели­ чивается (до 0,5 с).

Иногда вместо конденсатора включается обычная лампа на­ каливания (рис. 2.43,бД сопротивление которой вначале неболь­ шое, а по мере разогрева нити значительно увеличивается. Еще

137

лучшие результаты дает подключение вместо лампы барретера с железной нитью. Значительного замедления срабатывания реле можно достигнуть путем ' использования короткозамкнутой об­ мотки (рис. 2.43,в) сочень малым сопротивлением. Практически роль этой обмотки играет медный стаканчик, размещенный во­ круг сердечника реле. При нарастании магнитного потока реле в короткозамкнутой обмотке индуктируется э.д.с. и создается зна­ чительный ток, препятствующий нарастанию магнитного потока. В результате увеличивается время срабатывания реле.

Р и с . 2.43. Схемы замедления срабатывания реле:

а— шунтирование обмотки конденсатором; б — шунтирование обмотки лам­ пой накаливания; в — использование короткозамкнутой обмотки

Для увеличения времени отпускания реле применяются спе­ циальные схемы. Наиболее часто параллельно катушке вклю­ чается полупроводниковый диод (рис. 2.44,я). При выключении реле ток в обмотке и магнитный поток начинают спадать. Воз­ никающая при этом э.д.с. самоиндукции создает ток через полу­ проводниковый диод, сопротивление которого в проводящем на­ правлении небольшое. Для поддержания тока в обмотке требу­ ется сравнительно небольшая э.д.с. В этом случае ток и магнит­ ный поток реле спадают медленно, и время отпускания возра­ стает. Вместо выпрямителя может включаться обычное сопро­ тивление (рис. 2.44,6). Однако малое сопротивление взять нель­ зя во избежание больших потерь, а при большом сопротивлении замедление получается менее значительным, нежели при шунти­ ровании полупроводниковым диодом.

Р и с 2.44. Схемы замедления отпускания реле; а — шунтирование обмотки полупроводниковым выпрямителем; б —

шунтирование обмотки сопротивлением

138

Поляризованные реле. Рассмотренные выше реле не реагиру­ ют на изменение полярности приложенного напряжения, поэтому они получили наименование нейтральных реле. В отличие от нейтральных существуют поляризованные реле, регистрирующие изменение полярности приложенного напряжения.

Принцип действия поляризованных реле основан на взаимо­ действии поля постоянного магнита с магнитным полем управ­ ляющей обмотки. Схематическое устройство наиболее широко распространенного поляризованного реле представлено на рис. 2.45,а. Якорь 4 расположен между полюсными наконечниками магнитопровода 6, на котором расположена управляющая обмот­ ка 5. Якорь с расположенными на нем подвижными контактами 10 удерживается в нейтральном положении пластинчатой пру­ жиной 2, закрепленной на неподвижной стойке 3. Магнитные по­ токи постоянного магнита 8 имеют направление, указанное спло­ шными стрелками. Поток, создаваемый обмоткой управления в. одном из воздушных зазоров, складывается, а в другом вычита­ ется из потока постоянного магнита (потоки обмотки управления показаны пунктиром).

Направление магнитного потока обмотки реле зависит от на­ правления протекающего через нее тока. Следовательно, на­

139-

правление движения якоря будет зависеть от направления тока в обмотке реле. Замыкание подвижного контакта 10 с одним из неподвижных контактов будет зависеть от направления тока в обмотке. Подобная конструкция реле носит название трехпози­ ционного. Если ослабить пружину, удерживающую якорек в ней­ тральном положении, то нейтральное положение якорька ока­ жется неустойчивым. Достаточно небольшого смещения якорыка, чтобы он притянулся к одному из наконечников в результате раз­ личной величины сил притяжения, действующих на якорек от постоянных магнитов. Такое реле называется двухпознционным. Если отсутствует ток в обмотке управления, то средний контакт будет замкнут с одним из крайних, в зависимости от «истории» реле.

Коэффициент возврата двухпозицпонного .поляризованного реле равен —1, так как ток срабатывания равен току отпускания с обратным знаком.

Конструкция реле с магнитной системой, подобной рассмот­ ренной, изображена на рис. 2.45,6.

Управляющая обмотка 5 расположена на магнитопроводе 6, В промежутке между полюсными наконечниками магнитопрово­ да расположен конец якоря 4, составленного из двух сталь­ ных пластинок. Якорь подвешен на пластинчатой пружине 2, закрепленной на неподвижной стойке 3. Вблизи якоря распола­ гается постоянный магнит 8. Якорь не имеет непосредственного соприкосновения с магнитом, однако специальные наконечники 9 обеспечивают достаточно .малое магнитное сопротивление на пу­ ти потока от магнита к якорю. Другой конец магнита соединен с полюсными наконечниками магнитопровода через значитель­ ное магнитное сопротивление. Указанное магнитное сопротивле­ ние реализуется посредством болтов 7 и прокладок из немагнит­ ного материала. Поток постоянного магнита проходит от верх­ него полюса магнита (рис. 2.45,б) через наконечники к якорю, через якорь и у нижнего его конца разветвляется на два потока; эти два потока через полюсные наконечники магнитопровода и болты 7 идут к нижнему концу магнита.

Поляризованное реле гораздо более чувствительно к слабым сигналам, чем нейтральное реле. Входная мощность поляризо­ ванного реле типа РП-4 составляет 0,1 ■10“4—1,6 • 10-4 Вт, тогда как такое малогабаритное реле, как РСМ-1, имеет входную мощ­ ность порядка 0,8 Вт, а реле РП-2 — порядка 4 Вт. Время сраба­ тывания реле РП-4 составляет 2,5-ь 5,5 миллисекунды.

Контакты поляризованного реле рассчитаны на значительно меньшую мощность (2-—3 Вт), чем контакты нейтральных реле. Размеры и вес поляризованных реле значительно больше нейт­ ральных реле той же мощности. Поляризованные реле, как и ре­ ле нейтральные, могут иметь большое количество (до 10) разных обмоток. Реле с несколькими обмотками представляет собой удобный суммирующий элемент. Двухобмоточное поляризован­

140

ное реле можно использовать в качестве измерителя отклонения (рассогласования) с релейной характеристикой.

Релейные усилители. На рис. 2.46 показана схема включения поляризованного реле как усилителя. На том же рисунке приве­ дены статические характеристики релейных усилителей «вых = = / («вх) для двухпозиционного и трехпозиционного реле.

Р и с. 2.46. Поляризованное реле как усилитель:

а — схема; б — статическая характеристика трехпозиционного реле; в — статическая характеристика двухпозиционного реле

Если мощность контактов реле недостаточна для управления цепями исполнительных органов, то релейный усилитель выпол­ няется многокаскадным. В этом случае контакты предыдущего реле управляют цепью обмотки последующего реле. Чтобы такой многокаскадный усилитель обладал необходимой нечетной ха­ рактеристикой, достаточно, чтобы одно (первое) реле каскада, было поляризованным, остальные реле обычно берутся нейтраль­ ными.

Мощность, выделяемая в нагрузке релейных усилителей,, во много раз больше мощности, затрачиваемой в цепи управле­ ния реле. Поэтому коэффициент усиления по мощности реле до­ вольно высок.

Преимуществами релейных усилителей по сравнению с други­ ми типами усилительных устройств (например, с магнитными усилителями) является большой коэффициент усиления по мощ­ ности и значительная мощность, приходящаяся на единицу весареле. В этом отношении они превосходят все другие типы усили­ телей. Кроме того, реле просты по устройству и дешевы. Недо­ статкам релейных усилителей является наличие контактов, сни­ жающих надежность их работы.

Мы рассмотрели статические характеристики релейных уси­ лителей. Значительно сложнее описать их динамические свойот-

141

ва, но в первом приближении (достаточно грубом) при рассмот­ рении динамики релейных усилителен обычно ограничиваются учетом постоянного запаздывания, равного времени срабатыва­ ния реле.

Можно считать, что выходной сигнал релейного усилителя яв­ ляется некоторой нелинейной функцией входного сигнала и от­ стает от него в своих изменениях на некоторое постоянное вре­ мя т:

быть представлена одной «з статических характеристик релей­ ных усилителей (рис. 2.46,6, в).

Структурная схема* релейного усилителя может быть пред­ ставлена в виде последовательного соединения двух звеньев: звена с постоянным запаздыванием е~'р и безынерционного нелинейного элемента F[u(t)] (рис. 2.47).

Р II с. 2.47. Структурная схема релейного

усилителя

Вибрационная линеаризация релейных усилителей. В ряде слу­ чаев разрывная характеристика релейного усилителя оказывает­ ся непригодной и требуется пропорциональная зависимость И в ы х = / ( « в х ) - Возможно в некотором диапазоне обеспечить необхо­ димую пропорциональную зависимость за счет вибрационной ли­ неаризации релейного усилителя.

Различают два вида вибрационной линеаризации: внешнюю линеаризацию и внутреннюю линеаризацию.

Для пояснения сущности внешней вибрационной линеариза­ ции рассмотрим схему (рис. 2.48). Здесь в обмотку 1 подается управляющий сигнал, а в обмотку 2 поступает напряжение ип от генератора пилообразных напряжений. Частота колебаний ип вы­ бирается такой, чтобы реле успевало перебрасываться из одного крайнего положения в другое. Иными словами, период колебаний должен быть существенно больше времени срабатывания реле. С другой стороны, частота колебаний должна быть по возможности ■выше, чтобы уменьшить пульсацию выходной величины.

* О структурных схемах см. гл. III.

142

/г

Рис . 2.49. К пояснению процессов в релейном усилителе с внешней вибраци­ онной линеаризацией:

а — процессы в усилителе при иІХ=0; 6 — процессы в усилителе при ивхФ0; в — статическая характеристика

143

Предположим, что реле чувствительное и ток срабатывания достаточно мал. Тогда можно считать, что при изменении знака суммарной намагничивающей силы обмоток реле происходит его переключение. В дальнейшем предполагаем, что параметры об­ моток 1 и 2 одинаковы. Закон изменения пилообразного напря­ жения, статическая характеристика реле и диаграмма переклю­ чения реле длямах = 0 приведены на рис. 2.49,о. Выходное напря­ жение в этом случае будет переменным, форма кривой напряже­ ния нвых(£) — прямоугольная. Среднее значение напряжения Ивыхср равно нулю, так как 7’f=7Y

Если ивх Ф 0 (рис. 2.49,6) и если намагничивающая сила об­ мотки 1, создаваемая напряжением «вх, меньше намагничиваю­ щей силы обмотки 2, соответствующей амплитудному значению напряжения Un=A, то ивых по-прежнему будет переменным на­ пряжением прямоугольной формы, но его среднее значение рав­ но:

Если пилообразное напряжение строго треугольной формы, то из подобия треугольников с основаниями 7) и То (рис. 2.49,6) сле­ дует, что

где А — амплитуда пилообразного напряжения.

Из сопоставления (2.90) и (2.91) видно, что среднее значе­ ние выходного напряжения пропорционально входному напря­

Зона линейности усилителя при заданных параметрах обмо­ ток пропорциональна амплитуде пилообразного напряжения (рис. 2.49,в), однако с ростом А коэффициент усиления релейно­ го усилителя падает. Если ивх > А, то намагничивающая сила обмотки 1 будет больше (равна) амплитудного значения намаг­ ничивающей силы обмотки 2, и якорь реле залипает в одном из крайних положений, определяемых знаком ит.'

144

Описанный усилитель пригоден в тех случаях, когда в даль­ нейшем используется только среднее значение выходного напря­ жения, а переменная составляющая или отфильтровывается, или не оказывает существенного влияния на работу последующих элементов системы.

Для линеаризованного релейного усилителя при малых мед­ ленно меняющихся сигналах управления справедливо уравнение

где к = — — коэффициент усиления;

А

т — постоянное запаздывание, которое принимается равным времени срабатывания реле іср-

Передаточная функция усилителя есть звено с постоянным запаздыванием

Недостатком рассмотренного метода вибрационной линеари­ зации является необходимость использования 'специального ге­ нератора пилообразных напряжений. Лучшей в этом смысле оказывается внутренняя вибрационная линеаризация.

Рис . 2.50. Схема релейного усилителя с внутрен­ ней вибрационной линеаризацией

Схема релейного усилителя с внутренней линеаризацией пред­ ставлена на рис. 2.50. Здесь, как и в предыдущем случае, на по­ ляризованном реле имеются две обмотки: обмотка управления / и обмотка обратной связи 2.

Рассмотрим процессы в усилителе е использованием двухпо­ зиционного реле при одинаковых параметрах обмоток 1 и 2. Пустьнвх = 0. При включении источника U .конденсатор С будет заряжаться. Когда напряжение на обмотке 2, включенной парал­ лельно конденсатору С, достигнет напряжения срабатывания ре­ ле + £/„, произойдет перебрасывание контакта поляризованно­ го реле из положения а в б. Вследствие этого конденсатор будет разряжаться, а затем напряжение на нем начнет возрастать, из­ менив при этом свой знак. Переключение реле произойдет при

—Uс. Затем процесс повторится. Кривые изменения, напряже-10

ния на конденсаторе (на обмотке 2) имеют экспоненциальный характер. На рис. 2.51 показаны экспоненты и прямые, на кото­ рых происходит переключение контактов реле. Из рис. 2.51 вид­ но, что при отсутствии сигнала в управляющей обмотке время замкнутости контакта а равно времени замкнутости контакта б, т. е. 7'1= Г2. Среднее значение напряжения на выходе усилителя при этом равно нулю:

При подаче сигнала на обмотку управления я„х ф 0 прямые пе­ реключения перемещаются вверх или вниз на постоянную вели­ чину, определяемую величиной и знаком входного сигнала гг„х. В этом случае переключение контактов будет также происходить на прямых ± Uz, но времена замкнутости контактов здесь уже не равны друг другу Т\ ф Т 2 и выходное напряжение будет иметь постоянную составляющую. В диапазоне, когда напряжение на управляющей обмотке и напряжение срабатывания реле меньше установившегося значения

УR + /?„ + Да ’

где Ri — активное сопротивление обмотки 2; характеристика уси-

нарушается, якорек реле залипает у одного контакта и напряже­ ние на выходе будет равно напряжению источника U. Изменени­ ем постоянной времени T=RC запаздывающей обратной связи можно менять период автоколебаний* в усилителе. Уменьшение Г приводит к увеличению частоты автоколебаний, верхняя граница

* Об автоколебаниях см. гл. VIII.

146