книги из ГПНТБ / Миловзоров, В. П. Электромагнитные устройства автоматики учебник

к некоторому росту э. д. с. Е, потока Ф, а следовательно, и электро­ магнитного усилия по мере уменьшения зазора (ср. рис. 15.3, б и в).

Третья особенность реле переменного тока состоит в вибрации якоря при работе. Пусть реле питается переменным током

Если квадрат равенства (15.10)

І2 — І 2тS in 2 (dt = -у- (1 —COS 2(dt) = I2(1 — COS 2(01),

где I — действующее значение тока в обмотке, подставить в выраже­ ние (14.12) и учесть (15.6),то электромагнитное усилие будет состоять

Рис. 15.3. Тяговые характеристики реле перемен­ ного тока (а) и векторные диаграммы при боль­ шом (б) и малом (в) воздушных зазорах

из постоянной составляющей и переменной, меняющейся с двойной частотой:

При переходе значения тока через нуль усилие также обращается в нуль. Это вызывает дрожание якоря, которое быстро истирает ось.

Для устранения вибраций в магнитной системе необходимы два потока, сдвинутых во времени. Это можно достигнуть в двухобмоточ­ ных реле, если с помощью внешних индуктивности и емкости (рис. 15.4, й) создать сдвиг фаз во времени между токами Іг и / 2, рав­ ный л/2. Тогда

Другим способом уменьшения вибраций является расщепление потока с помощью короткозамкнутого витка, охватывающего одну из половинок пропиленного сердечника (рис. 15.4, в).

360

Работу схемы можно объяснить на векторной диаграмме рис. 15.4, г. Короткозамкнутый виток подобен вторичной обмотке транс­ форматора, образованного на потоке Фв. В обмотке реле, выполняю­ щей роль первичной обмотки трансформатора, будет протекать ток h равный, как обычно, сумме намагничивающего тока / 0д и тока в ко­ роткозамкнутом витке /кз, приведенного к первичной цепи и приня­ того находящимся в фазе сэ. д. с. в витке. Однако кроме потока Фв об­ мотка реле создает поток Ф^, который является потоком обычной ка­ тушки со сталью и, значит, находится почти в фазе с током этой ка­ тушки, т. е. с током Іі обмотки реле.

Таким образом, между потоками Фл и Фв возникает сдвиг фаз и одновременно оба потока в нуль не обращаются, а, значит, в любой момент времени существует усилие, удерживающее якорь от вибра­ ции.

Каждое из усилий изменяется во времени согласно (15.11);

Р\ — Р срі (1 —cos 2(о/);

*= Рсрі + Pep2 4- 2РCpj Рера cos 2(р.

В существующих конструкциях ср = 60° и при равенстве Рср1 ~ Р( П, это означает, что Р~ = Р—/2, т. е. усилие никогда не становится меньше половины постоянной составляющей.

361

§ 15.3. ПОЛЯРИЗОВАННЫЕ РЕЛЕ И ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Рассмотренные в гл. XIV, а также в § 15.1 и 15.2 реле нечувстви­ тельны к направлению тока в обмотке и в этом смысле аналогичны не­

ки реагировали не только на величину, но и на знак тока на входе. В электромагнитных реле тоже можно осуществить чувствительность к полярности тока в обмотке. Такие реле называют п о л я р и з о ­ в а н н ы м и . Поляризация их осуществляется постоянными магнита­ ми.

Рис. 15.5. Поляризованное реле:

а — двухпозиционное; б — двухпозицнонное с преобла­ данием к одному из контактов; в — трехпозициошюе

дится в строго вертикальном положении. В этом случае поток по­ стоянного магнита Ф0 делится пополам:

Фі = Ф2 = Ф0/2,

и усилия согласно выражению (14.13), тянущие якорь влево и вправо, одинаковы:

Однако такое равновесие неустойчиво. Достаточно якорю не­ много отклониться от нейтрального положения, например влево, как изменятся воздушные зазоры, определяющие сопротивление левого

3G2

Это усилие определяет контактноедавление, а следовательно, и допустимый ток, который могут пропускать контакты при обесто­ ченной обмотке реле, не перегреваясь

Если в обмотки подать ток / Сраб такой величины, чтобы Фэ= ЛФ, то при небольшом дальнейшем возрастании тока якорь перебросится

Таким образом, поток постоянного магнита выполняет в поляри­ зованном реле роль противодействующей пружины до тех пор, пока ток не достигнет тока срабатывания /с б. После же перехода якоря за нейтраль перераспределяющийся поток Ф0 создает дополнительное усилие, способствующее перемещению якоря. Этим в какой-то мере объясняется короткое время срабатывания поляризованных реле, не превышающее нескольких миллисекунд. Кроме того, дополнительное

тами, к мощности срабатывания в обмотке до 5000, чего не допускает ни одно нейтральное реле.

Намагничивающую силу срабатывания можно определить из усло­

Сравнение выражений (15.20) и (15.17) показывает, что тре­ бования высокой чувствительности (снижение Fcms) и большого допустимого тока через контакты (увеличение Р0) противоречивы, так как обе величины пропорциональны х, а следовательно, и макси­ мальному отклонению якоря от нейтрали. Это отклонение регулиоуется перемещением контактных винтов (рис. 15.5, а) и обычно со­ ставляет 0,05—0,1 мм.

3G4

Поляризованные реле выпускают трех видов настройки.

Реле на рис. 15.5, а является двухпозиционным. Его якорь в за­ висимости от полярности тока в обмотке переходит в одно из двух

крайних положений и остается там после прекращения тока в обмот­ ке.

Если один из контактных винтов выдвинут за нейтраль, реле яв­

к левому контакту и перебрасывается вправо лишь на время протека­ ния в обмотке тока соответствующей полярности.

При достаточной жесткости пружины, на которой подвешен якорь, усилие Р0 оказывается не в состоянии удержать его в крайних поло­ жениях, преодолевая действие пружины, и при отсутствии тока в об­ мотке якорь занимает нейтральное положение. При подаче тока в об­ мотку контакт на якоре замыкается с левым или правым контактом (в зависимости от полярности тока) и возвращается на нейтраль после прекращения тока в обмотке. Такое реле называют трехпозиционным

(рис. 15.5, в).

Отечественная промышленность выпускает различные типы поляризован­ ных реле, из которых наиболее распространены РП и РПБ (реле поляризованное

Как указывалось в гл. VI, одним из методов усиления малых по­ стоянных токов и напряжений в вычислительной и измерительной ана­ логовой технике является предварительное их преобразование в пе­ ременное напряжение (модуляция) с последующим усилением и вы­ прямлением. Этот метод преобразования можно осуществить, напри­ мер, прерыванием сигнала постоянного тока с помощью вибрирующих

небольшому времени срабатывания.

365

При питании обмотки реле переменным током якорь перебрасы­ вается каждые полпериода, -прерывая сигнал, поданный на подвиж­ ный и один из неподвижных контактов.

Качество модуляторов определяется величиной помех, которые зависят от термо-э. д. с., вызванной нагревом контактных точек, от контактной разности потенциалов, вызванной сопротивлением разнородных материалов, от чистоты контактов и их дребезга. Движение якоря во внешнем электростатическом поле также может вызвать паразитные э. д. с.

Тщательное изготовление вибраторов, экранировка и подбор материалов для контактов позволяет снизить величину помех до долей и единиц микровольт.

Расстояние между контактами у вибраторов регулируется до 8—10 м к м , контактные пружины делают мягкими, контакты выполняют из золота или его сплавов, что обеспечивает малые термо-э. д. с. и контактные разности потенциа­ лов.

Промышленность выпускает также вибратор ВП, обмотка которого пи­ тается переменным током 50 г ц напряжением 6 в. Вибратор имеет цилиндриче­ ский металлический кожух и цоколь с выводами, аналогичный цоколю радио­ лампы. Габариты вибратора 50X 100 м м 2. Имеются вибраторы, обмотка которых питается от сети частотой 400 гц.

§ 15.4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ МУФТЫ

Электромагнитные муфты применяют в системах автоматики для электрического управления передачей вращения от одного вала к дру­ гому. По характеру передачи вращающего момента электромагнитные муфты можно подразделить на фрикционные, где момент передается за счет механического трения, и порошковые, где момент передается за счет сил магнитного притяжения крупинок электромагнитного по­ рошка.

Рассмотрим коротко работу этих муфт. (Конденсаторные, гисте­ резисные и индукционные муфты скольжения здесь не рассматривают­ ся.)

Во ф р и к ц и о н н ы х м у ф т а х небольшой мощности (рис. 15.6, а) сила трения развивается на стыке соприкасающихся по­ ловинок муфты, одна из которых 1 может перемещаться вдоль ведо­ мого вала 2 на скользящей шпонке, а другая 3 неподвижно укрепле­ на на ведущем валу 4.

Половины муфты, одна из которых служит сердечником, а другая— якорем, прижимаются друг к другу при включении тока в обмотку муфты 5. В конструктивной схеме рис. 15.6, а корпус и обмотка не­ подвижны. Подобно электромагнитам, соприкасающиеся поверх­ ности половин муфты 1 и 3 могут быть конусными.

36G

Подставив выражение (15.22) в (15.21) и учтя, что Dcp = R BU -f>

Рис. 15.6. Схемы конструкций фрикционных муфт

В табл. 15.2 приведены основные параметры фрикционных электромагнит­ ных муфт постоянного тока, предназначенных для сцепления и расцепления ва­ лов в устройствах автоматического управления. Муфты выпускают в двух ва­ риантах для питания напряжением 27 и 110 в с торможением МЭТ и без торможе« ния МЭС ведомого вала.

367

Для мощных фрикционных муфт применяют конструкцию со сталь­ ными дисками 1 (рис. 15.6, б), которые имеют некоторую свободу пе­ ремещения вдоль оси в пазах ведущего вала 2 и корпуса 3 ведомой

части муфты.

При подаче тока в обмотку 5 якорь 4 сжимает диски и сила трения, развивающаяся на их поверхности, передает вращающий момент. Об­ мотка муфты этого типа вращается, и для подвода тока необходимы контактные кольца.

Вращающий момент в муфте этого вида

M = PkT~ P (л — 1),

где Dср — средний диаметр дисков; п — число дисков.

Рис. 15.7. Схемы конструкции порошковых муфт

Электротехнический расчет фрикционных муфт в общих чертах аналогичен расчету тяговых электромагнитов. Удельное усилие Р определяется величиной индукции в зазоре

где Вs в тл\ б в м.

По индукции в зазоре можно определить индукции в остальных частях магнитопровода с учетом коэффициента рассеяния и н. с. этих частей. Суммарная величина н. с. берется в основу расчета обмотки.

П о р о ш к о в а я м у ф т а в простейшем случае состоит из двух дисков 1 к 2 (рис. 15.7, а) или цилиндра 1 и стакана 2 (рис. 15.7, б), в зазоре между которыми с помощью обмотки 3 создается магнитное поле. Если зазор образован гладкими поверхностями и не заполнен ферромагнитным веществом, линии магнитного поля обмотки направ­ лены перпендикулярно этим поверхностям и тангенциальных состав­ ляющих не имеют.

При заполнении зазора смесью порошка железа (размер зерен 2—8 мкм) и смазывающего вещества (тальк, графит, масло) частицы

3Ü8

железа намагничиваются и образуют цепочки элементарных магни­ тов (рис. 15.7, в), которые создают тангенциальное усилие и передают вращение от одной половины муфты к другой. При выключении тока магнитное поле пропадает, цепочки разрушаются и половинки муфты проскальзывают.

Предельный вращающий момент, который может передать муфта,

в (15.25) является сложной функцией, зависящей от индукции в зазоре, состава

U — размерный коэффициент (см), зависящий в свою очередь от индукции, зазора и окружной скорости муфты.

По данным эксперимента при индукции 1,0 шл удельное тангенциальное усилие около 2,5—3,0 н!см%.

Основная кривая намагничивания и функция р,в (В) зависят от диаметра

зерен железа, вида смазки и соотношения железо—смазка. На рис. 15.8 приведе­ ны эти зависимости для различных сочетаний смеси карбонильное железо—гра­ фит. Коэффициент k, входящий в (15.26), колеблется от 0,025 до 0,25 см при ука­ занных индукции, зазоре и окружной скорости. При скорости выше 16 місек в результате центробежных сил наступает разрушение цепочек в зазоре и муф­ та становится неуправляемой.

Расчет магнитной цепи порошковой муфты отличается от расчета фрикцион­ ной муфты только определением н.с. зазора, которую следует находить по фор­ муле

Р6 = Я96,

а величину Я6 брать по кривой намагничивания для соответствующего состава

суспензии. Отметим, что, несмотря на наличие в зазоре порошка железа, маг­ нитное сопротивление зазора остается основным в магнитной цепи муфты и н. с. зазора может составить 90% полной н. с. обмотки.

Для повышения быстродействия муфты стремятся снизить до пре­

дела массу ее ведомой части.

На рис. 15.9 изображена порошковая муфта, применяемая для пе­ ремотки магнитной ленты вычислительной машины. Обод ротора ве-

369