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

вращения до 600 об/мин.

По сравнению с фрикционными электромагнитные порошковые муфты обладают более высоким быстродействием, меньшими значе­ ниями н. с. и мощности срабатывания (так как воздушный зазор заменен фер­ ромагнитной суспензией) и большим сроком службы в условиях частых пе­ реключений, когда поверхности трения

крышка

фрикционных муфт быстро изнашиваются. Срок службы порошковых муфт без смены суспензии составляет 400—500 ч, после чего наблю­ дается быстрое падение момента, которое обусловливается интенсив­ ным окислением и разрушением зерен порошка.

§ 15.5. МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫЕ КОНТАКТЫ (ГЕРКОНЫ) И ФЕРРИДЫ

В электромагнитных реле обычного исполнения наиболее нена­ дежным элементом являются контакты, подвергающиеся воздействиям окружающей среды (пыль, влажность, газы, вызывающие коррозию, и т. п.). Это один из серьезных недостатков реле.

Герметизация контактов в значительной мере повышает надеж­ ность работы контактов и реле в целом.

В автоматике находят все большее применение м а г н и т о у п ­ р а в л я е м ы е к о н т а к т ы МК или г е р к о н ы (т. е. гермети-

370

зированные контакты), которые представляют собой (рис. 15.10, а) две пластинки из пермаллоя 1, впаянные в колбочку (стеклянную трубочку) 2. Пластинки выполняют одновременно роль магнитопровода и контактных пружин, а их концы 3 являются контактами. Про­ странство внутри колбочки заполнено азотом или инертным газом. К наружным концам 4 пластинок могут припаиваться провода.

Пластинки в колбочке впаяны так, что в нормальном положении контакты разомкнуты. Если геркон поместить в магнитное поле, на­ правленное вдоль пластинок, то в воздушном зазоре между контак­ тами возникнет электромагнитное усилие. Контакты замкнутся, если это усилие больше механических сил упругости пластинок.

Рис. 15.10. Конструктивные формы магнитоуправляемых контактов

Магнитное поле, управляющее контактами, создается током в об­ мотке, представляющей собой соленоид, внутри которого помещен МК.

Другим недостатком электромагнитных реле является слишком большое время срабатывания, которое объясняется относительно боль­ шой массой якоря. В МК якоря нет, поэтому время срабатывания и отпускания составляет у них доли миллисекунды (в электромагнит­ ных реле — десятки миллисекунд).

Улучшение контакта в МК достигается покрытием концов пермаллоевых пластин золотом, серебром, родием или смачиванием ртутью.

МК, подобно обычным реле, можно выполнить нейтральными и по­ ляризованными, а также замыкающими, размыкающими и переклю­ чающими.

Благодаря особенностям конструктивного выполнения МК имеют следующие преимущества:

1)высокую надежность коммутации в любой среде;

2)длительный срок службы (до Ю8 — ІО9 срабатываний);

3)высокое быстродействие;

4)удовлетворительные виброустойчивость и радиационную стой­

кость; 5) небольшую стоимость при изготовлении на автоматах.

373

Кнедостаткам МК относятся:

1)малое число контактных групп (одна пара контактов в одной

колбочке);

2)дребезг при замыкании;

3)в несколько раз большая, чем у обычных электромагнитных реле

н. с. срабатывания, так как магнитный поток должен преодолевать несколько воздушных промежутков.

Среди различных конструкций и форм (рис. 15.10) МК наиболее распространены симметричные (а), несимметричные (б) и переклю­ чающие (б и г). Поляризованные МК осуществляют путем размещения

Рис. 15.11. Реле промежуточное на герконах серии РПГ:

внутри колбочки тонких пластинчатых постоянных магнитов, обеспе­ чивающих в МК типа рис. 15.10, в, притяжение подвижного конца средней пластины к верхнему или нижнему контакту в зависимости от направления тока в обмотке. Из-за сложной технологии поляри­ зованные МК распространения не получили.

Наряду с «сухими» применяют ртутные переключающие МК (рис. 15.10, д). Ртуть, смачивая пластину, поднимается по ней к кон* тактирующим участкам. Частотой переключения до 800 гц обладают ртутные МК плунжерного типа (рис. 15.10, е). Пермаллоевый плунжер 1 перемещается под действием электромагнитного усилия к левому 2 или правому 3 неподвижным контактам из пермаллоя в цилиндри­ ческой направляющей 4, наполненной ртутью.

Вначале появились «сухие» МК с диаметром колбочки больше 2 мм (первое поколение), затем МК плунжерного типа с внутренним объемом колбочки, не превышающем 2,5 мм3 на контакт (второе поколение). В МК, сравнимых по габаритам с интегральными схемами (третье по­ коление), используют в качестве контактов пленочные пермаллоевые покрытия.

372

Управление контактами можно производить приближением к кон­ цам пластин постоянного магнита, под действием поля которого пла­ стины замыкаются, однако чаще МК управляются обмотками с током. Возможны реле с одним или несколькими МК (рис. 15.11),'замыкаю­ щимися при токе срабатывания и размыкающимися при токе отпуска­ ния.

Процессы срабатывания реле с МК отличаются от процессов обыч­

кого значения, при котором тяговая характеристика касается механической, а зазор равен б„р,

предварительное сближение пластин заканчивается.

Для зазоров, меньших критического, тяговая характеристика ле­ жит выше механической, а, значит, пластины будут энергично сбли­ жаться под действием разности сил Рэ — Рм даже при неизменном токе в обмотке, создающем IwKp.

Электромагнитное усилие МК, как и любого электромагнитного

ду пластинами и остальной части магнитной цепи, включающей пла­ стины, зазоры между пластинами и торцевыми крышками, сами крыш­ ки и наружный корпус. Эта суммарная проводимость соединена по­ следовательно с проводимостью зазора Gâ.

373

Для многоконтактного реле проводимость зазора (если считать поле между пластинами плоскопараллельным)

Подставив (15.30) и (15.31) в выражение усилия, развиваемого каждой парой контактов реле с несколькими МК,

где Iw — полная н. с. обмотки, получим

Для определения н. с. срабатывания получим аналитическое вы­ ражение механической характеристики. Если рассматривать контакт­ ную пластину как балку, заделанную одним концом, жесткость пла­ стины

Перемещение конца пластины

374

где 6t?t) — критическая длина рабочего зазора, м\ G6ltp — магнитная проводимость критического рабочего зазора, гн.

В табл. 15.3 приведены некоторые параметры МК, а в табл. 15.4— реле с МК.

Московский трансформаторный завод выпускает серию реле с магнитоуправляемыми контактами (герконами), унифицированную по размерам с бес­ контактными элементами серии «Логика». Реле, являясь связующим звеном между полупроводниковыми элементами этой серии и сильноточными коммути­ рующими аппаратами, предназначены для устройств автоматики и управления. В серию входят реле промежуточные, с магнитной памятью, напряжения, вре­ мени, тока и блок токовой приставки к реле напряжения.

Обозначение реле состоит из букв, означающих серию, например РПГ —

климатом («У» при категории размещения 3) и с тропическим климатом («Т» при категории размещения 4) по ГОСТ 15150—69 и ГСІСТ 15543—70.

Реле промежуточные на герконах (РПГ) предназначены для схем с напря­ жением 12 и 24 в постоянного тока, выпрямленного трехфазного тока с частотой пульсации не менее 300 гц без применения фильтра, а также выпрямленного тока с фильтром, обеспечивающим пульсацию не более 6%. В табл. 15.4 приведены основные типы реле и некоторые технические данные. Двухобмоточные катушки в реле применяют для получения размыкающего контакта. Время отпускания реле всех типов не более 2 мсек.

Реле с магнитной памятью РМГ-0203220 управляется импульсами напря­ жения 12 и 24 s постоянного или выпрямленного тока длительностью не менее 10 мсек и обеспечивает за счет встроенных в реле постоянных магнитов сохране­ ние переключенного состояния контактов в течение до 1000 ч. Каждое из двух реле, объединенных в одном кожухе, имеет две встречно намотанные обмотки, что позволяет при различных вариантах их соединения получать такие сочета­ ния контактов: 6 замыкающих, 3 размыкающих плюс 3 размыкающих, 6 размы­ кающих. Время срабатывания реле не более 5 мсек, время отпускания не более

2 мсек.

Реле напряжения РНГ-0401110 предназначены для схем с напряжением 12, 24 и 48 в постоянного или выпрямленного тока и имеют диапазон напряжения уставки ^уст = (0,5 0,9)(У[1ОмВремя срабатывания реле при напряжении, равном 1,2 Uуо., не более 35 мсек. Коэффициент возврата реле не менее 0,8.

Реле времени РВГ-0201110 рассчитаны на схемы с напряжением 12 и 24 в по­ стоянного тока с выдержкой времени на включение и отключение. Реле состоит из полупроводникового узла выдержки времени и выходного малогабаритного реле с одним герконом. Диапазон регулирования выдержки времени от 0,2 до

0,7 сек.

Блок токовой приставки ПТ-І предназначен для схем автоматики совместно с реле напряжения, работающих в цепях переменного тока, и представляет собой трансформатор с выпрямителем.

Габариты реле напряжения, реле времени и токовой приставки одинаковы—

39X56X90 мм3.

375

Таблица 15.4

от 1,6 до 160а или шина для токов от 250 до 1000 а) и пределам регулировки уставок (от 70 до 300% / иом для реле максимального тока и от 20 до 70% / ном для реле минимального тока). Время срабатывания реле не более 8 мсек при токе 1,2 / усх и не более 5 мсек при токе 3 /уст.

Ф е р р и д представляет собой магнитный элемент релейного дей­ ствия, в конструкции которого (рис. 15.13, а) магнитоуправляемые контакты 1 и 2 объединены с магнитопроводом из ферромагнитного материала 3, обладающего прямоугольной петлей гистерезиса.

В исходном положении контакты разомкнуты. В отличие от МК реле для замыкания МК феррида в обмотку 4 достаточно подать ко­ роткий импульс тока, после окончания которого контакты остаются замкнутыми за счет остаточного магнитного потока ферромагнетика. Для отпускания необходимо подать в обмотку импульс тока противо­ положного направления, чтобы размагнитить магнитную систему. Величина обратного импульса тока не должна, однако, создавать на­ пряженность, превышающую коэрцитивную силу, так как в противном случае возможно новое срабатывание элемента от магнитного потока противоположного знака.

Намагничивающие силы срабатывания и отпускания можно найти по тяговым и механическим характеристикам. Для определения тяго­ вой характеристики надо рассчитать и построить петлю гистерезиса магнитопровода феррида без учета воздушного зазора между контак­ тами (рис. 15.13, б). Рабочая точка, характеризующая состояние фер­ рида, перемещается за полный цикл работы по частному циклу, по­ казанному пунктиром. Для определения тяговой характеристики при некотором значении н. с. обмотки надо из точки 1, соответствую­ щей этой н. с., провести ряд лучей под углами (ср. рис. 14.4, е)

Ѳ- arctg Ge

ІПф

где- m,w и гпф — масштабы по соответствующим осям.

В точках пересечения лучей с восходящей ветвью частного цикла определяют величину магнитного потока для каждого из зазоров. За-

377

тем по формуле (14.13) рассчитывают электромагнитное усилие и строят тяговую характеристику Ра = f (б).

На одном чертеже с тяговой характеристикой (рис. 15.13, в) строят механическую характеристику Рм = / (б) по выражению (15.35), Намагничивающая сила срабатывания определяется выражением

(15.36).

После прекращения тока в обмотке электромагнитное усилие опре­ деляется точкой 2 (рис. 15.13, б) пересечения нисходящей ветви гисте-

Рис. 15.13. Феррид и его характеристики

резиса и прямой 0—2, соответствующей зазору ömJn « 0 при замкну­ тых контактах. В таком состоянии феррида контактное усилие

Р ц — Рд P Mf

где Рм — механическое усилие при зазоре бт1п.

Отложим на рис. 15.13, б величину потока Фм, соответствующего усилию Рм. Если из точки 3, соответствующей этому потоку, провести прямую 3—4, параллельную прямой 0—2, точка 4 определит величи­ ну н. с. отпускания (/да)отп, при которой контактные пружины нач­ нут размыкаться. После размыкания, когда зазор станет равным б0, магнитный поток уменьшится до значения, определяемого точкой 5 пересечения петли гистерезиса с прямой 4—5, соответствующей маг­ нитной проводимости зазора б0. На рис. 15.13, г показан график изме­ нения потока феррида в зависимости от н. с. обмотки.

378

Г л а в а XVI

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

§ 16.1. КОНТАКТНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ. КОНТАКТОРЫ. ПУСКАТЕЛИ

В схемах автоматического и программного управления различны­ ми производственными процессами, в устройствах сигнализации и бло­ кировки в качестве элементов дискретного действия с двумя состоя­ ниями входа и выхода широко применяют электромагнитные реле, рассмотренные в гл XIV и XV. В зависимости от сочетания сигналов, поступающих от входных устройств (пусковые кнопки, конечные и проходные выключатели), такие схемы позволяют получать нужную последовательность включения исполнительных устройств (электро­ приводов, тяговых электромагнитов, электропневматических и электрогидравлических клапанов и т. п.). По существу подобные схемы воплощают логические операции той или иной сложности, состоящие из элементарных логических операций И, ИЛИ, НЕ (см. §8.1). При этом протекание по обмотке реле тока, достаточного для срабатыва­ ния, принимается за 1 на входе реле, отсутствие тока в обмотке или его уменьшение до тока отпускания — за 0 на входе. Замкнутое со­ стояние контактов принимается за 1, разомкнутое — за 0 как на вы­ ходе реле, так и на его входе, если обмотка включается контактами предыдущего реле.

Логические операции с помощью реле можно осуществить либо путем комбинации включения нескольких обмоток у многообмоточных реле, либо путем комбинации включения контактов реле.

Первый способ требует наличия у реле стольких обмоток, сколько входных величин имеет логическая связь. В этом случае токи и коли­ чество витков отдельных обмоток должны быть рассчитаны так, что­ бы н. с. срабатывания или отпускания реле достигалась только при нужной логической комбинации входных сигналов (токов) в отдельных обмотках реле. Наиболее подходящим для этой цели является поляри­ зованное реле с несколькими обмотками.

Например, для осуществления операции И на п входов реле долж­ но иметь п обмоток, каждая из которых должна создавать н. с., рав­ ную 1/п н. с. срабатывания. В данном случае реле срабатывает только при наличии всех п сигналов на входе. При этом для отпускания реле при отсутствии хотя бы одного сигнала необходимо, чтобы н. с. п — 1 обмоток была меньше н. с. отпускания. Отсюда очевиден основной не­ достаток этого способа, заключающийся в требовании особой стабиль­ ности токов в обмотках.

Более удобен и распространен второй способ — выполнение логи­ ческих операций на однообмоточных реле путем различных включений контактов.

Рассмотрим разные схемные решения с реле, на которых осуществ­ ляются некоторые логические операции и которые применяют

379