книги из ГПНТБ / Иванин В.Т. Основы автоматизации производства на карьерах учебник

По роду тока электромагнитные реле делят на реле постоянного

и переменного тока. В свою очередь реле постоянного тока делят на нейтральные и поляризованные. Нейтральное реле одинаково реагирует на ток обоих направлений, протекающий по его обмотке.

Поляризованное реле при изменении направления тока (полярности)

работает различным образом.

Принцип действия электромагнитных реле (рис. 44) основан на притяжении стального якоря 2 к сердечнику 3 электромагнита, по обмотке 7 которого пропускается управляющий ток. При отсут­ ствии тока якорь оттягивается от сердечника возвратной пружиной 1. Магнитный поток, образующийся при прохождении тока по обмотке, замыкается по магнитной цепи, которая состоит из сердечника, ярма 9, якоря и воздушного зазора. При этом создается электро­

ным якорем, когда последний движется внутри катушки вдоль ее осп, а также реле других конструкций.

Из реле с поворотным якорем шпрокое применение в аппаратуре автоматизации карьерных установок получили многоконтактные уни­ фицированные реле ПЭ-5 (взамен ранее выпускавшихся МКУ-48).

Обмотки реле рассчитаны на напряжение от 12 до 220 В постоян­ ного и от 12 до 380 В переменного тока. Потребляемая мощность реле ПЭ-5 составляет 0,5—7 ВА; длительно допустимый ток через замкнутые контакты до 5А.

Реле ПЭ-5 (рис. 45) выполняется в пластмассовом кожухе и кре­ пится к изоляционной панели (на рисунке не показаны). Магнитопровод 10 выполнен совместно с сердечником, на котором помещена катушка 12. Якорь 9 закреплен на оси 15 и пружиной 14 может воз­ вращаться в исходное положение. Натяжение пружины регули­ руется винтом 13.

Подвижные контакты 5 соединяются с неподвижными 6 при срабатывании реле с помощью рамки 4. К якорю крепится медная прокладка 7. Упор 8 крепится к магнитопроводу винтами 11. Изо­ лирующие прокладки 2 стягиваются винтами 1. Упорные пластины 3 служат для исключения вибрации контактных пластин при от­ пускании реле.

¿60

На рис. 46 показано электромагнитное реле времени постоянного тока, которое отличается от рассмотренного тем, что оно имеет мас­ сивную короткозамкнутую медную гильзу 2 или короткозамкнутую

Рпс. 45. Электромагнитное реле ПЭ-5

дополнительную катушку, помещенную совместно с основной катушкой 1 на общий сердечник 9- Благодаря наличию гильзы магнитный поток не исчезает мгно­ венно при отключении реле, а на­ водит в гильзе как в короткозамк­ нутом витке ток, который пре­ пятствует снижению потока, обес­ печивая выдержку времени от 0,1 до 15 сек, после чего якорь б под действием пружины 4 отпадает, размыкая контакты 8. Пружина одним концом упирается в стойку пластины 3, а другим — в головку регулировочного винта с гайкой 5- Перемещение якоря ограничива­ ется упорным винтом 7.

61

А

магнитный поток в правой части магнитопровода складывается с по­ током от постоянного магнита, а в левой — эти потоки вычитаются. Якорь 3 под действием результирующей силы переместится вправо и контакты 4 и 6 замкнутся. При изменении полярности напряжения на обмотке результирующий поток будет больше в левой части магни­ топровода, что вызовет перемещение якоря влево и замыкание кон­ тактов 4 и 5.

Если якорь возвращается в среднее положение под действием пружины, то реле называют трехпозиционным. При отсутствии пру­ жины якорь может занимать только два положения (левое или пра­ вое). Такое реле называют двухпозиционным.

Поляризованные реле благодаря высокой чувствительности используют в рудничной аппаратуре для усиления

~|A/W^W\/\r'

РП-4, РП-7 (двухпозиционные) и РП-5 (трехпозициопное). Электромагнитные реле переменного тока (рис. 48) по устройству

подобны реле постоянного тока и выполняются различных кон­ струкций. В отличие от реле постоянного тока магнитопровод 1 и якорь 4, как правило, собирают из листовой электротехнической стали, что уменьшает потери энергии на вихревые токи.

Так как переменный ток в обмотке 2 дважды за период проходит через нуль, то и притягивающая электромагнитная сила также будет дважды за период равна нулю, и якорь, оттягиваемый пружи­ ной 5, будет вибрировать.

Во избежание вибраций реле переменного тока устраивается таким образом, чтобы на якорь действовали два притягивающих усилия, суммарное значение которых в каждый момент времени не равно нулюДля этого на раздвоенный полюс сердечника помещают медный короткозамкнутый виток 3. В витке наводится э. д. с. и воз­ никает ток, который создает свой поток Ф2, отстающий по фазе от

62

основного потока фх на угол примерно 60°. Поэтому сумма притя­ гивающих усилий, создаваемых потоками Фх и ф2, никогда не равна нулю и якорь будет надежно притянут даже тогда, когда ток про­ ходит через нуль, так как магнитный поток короткозамкнутого витка в этот момент достигает почти максимального значения.

Электромагнитные реле некоторых типов производят десятки переключений в секунду, что приводит к быстрому износу их отдель­ ных частей. Особенно подвержены износу контакты реле вследствие подгорания при разрыве дуги.

Для надежной работы контактов важное значение имеет мате­ риал, из которого они изготовлены. С целью уменьшения переход­ ного сопротивления контакты реле чаще выполняют из серебра, платины, золота, платино-иридиевых сплавов, сплавов серебра с золотом, никелем и другими металлами. Контакты мощных реле выполняют из меди и ее сплавов. В последнее время для изготовле­ ния контактов применяют металлокерамические материалы, полу­ чаемые прессованием смеси порошков вольфрама, окиси кадмия, меди и др. Контакты из металлокерамических материалов при сравни­ тельно небольших переходных сопротивлениях обладают повышен­ ной механической прочностью и почти не подгорают.

§ 23. Электронные реле и фотореле

Применяемые в схемах автоматики электронные реле можно разделить на три группы: электронные реле, представляющие собой сочетание электронного усилителя с электромеханическим реле; электронные реле времени; бесконтактные электронные реле (триг­ геры).

На рис. 49, а представлена схема простейшего электронного реле, которое состоит из электронной лампы Л и электромагнитного реле Р, включенного в ее анодную цепь. При подаче на сопротивление R входного напряжения І7ВХ положительной полярности (выключа­ тель В включен) анодный ток лампы увеличится, реле Р сработает и замкнет контакты Р.

Такие схемы реле не нашли применения вследствие возможности самопроизвольного срабатывания при колебании напряжения пита­ ния. Этот недостаток устранен в реле, собранных на двух триодах, включенных в мостовую схему.

Электронное реле времени (рис. 49, б) работает следующим обра­ зом. При включении выключателя В на сетку лампы Л подается

,отрицательное напряжение tZBX, запирающее лампу и заряжающее конденсатор С.. При размыкании выключателя В отрицательное на­ пряжение сетки лампы уменьшается в результате разряда конден­ сатора на включенное параллельно ему сопротивление В, лампа постепенно отпирается и ток в анодной цепи возрастает. Электрома­ гнитное реле Р срабатывает при достижении током величины, соот­ ветствующей току срабатывания этого реле.

63

Изменяя параметры разрядного контура RC, можно регулиро­ вать выдержку в пределах от нескольких миллисекунд до десятков секунд.

Триггером называется схема бесконтактного электронного реле, построенная на электронных лампах или транзисторах.

На рис. 49, в представлена упрощенная схема триггера на двух триодах. Данная схема представляет собой двухкаскадный усили­ тель постоянного напряжения, у которого выход связан со входом, т. е. осуществлена положительная обратная связь по напряжению, которое передается с анода лампы Л1 на сетку лампы Л2 через со-

Рпс. 49. Схемы электронных реле

противление R, и наоборот. Схема выполняется совершенно симме­ тричной, т. е. лампы Л1 и Л2 однотипны, а элементы обеих половин схемы одинаковы.

Для уяснения работы схемы предположим, что при подаче на­ пряжения на аноды обеих ламп обе лампы оказались открытыми и по ним протекают одинаковые токи. Такое состояние вследствие различных случайных причин длительно сохраняться не может

иравенство токов нарушится. Пусть ток лампы Л2 несколько воз­ растает. Это вызовет увеличение падения напряжения на сопротивле­ нии лампы Л2 и, следовательно, уменьшение напряжения на ее аноде

ина сетке лампы Л1. В связи с понижением напряжения на сетке лампы Л1 ток цепи этой лампы уменьшится, а следовательно, умень­ шится падение напряжения на сопротивлении лампы Л1 и увели­ чится напряжение на ее аноде. Это приведет к увеличению положи­ тельного потенциала на сетке лампы Л2 и тока в анодной цепи этой лампы. Такой процесс перераспределения токов будет происходить

64

лавинообразно до тех пор, пока лампа Л2 полностью не закроется, а лампа Л1 не откроется. При этом схема принимает одно из двух возможных состояний устойчивого равновесия, в котором опа может находиться сколь угодпо долго.

Для перевода триггера из одного состояния в другое достаточно подать управляющий сигнал £/вх в виде импульса любой поляр­ ности. При этом триггер скачком перейдет из одного состояния устойчивого равновесия в другое. Процесс запирания лампы Л2 и отпирания лампы Л1 происходит аналогично описанному выше. Выходной сигнал t/Bb]X может сниматься с анода любой лампы.

Триггеры широко применяют в современных цифровых вычисли­ тельных системах, а также используют как переключающие устрой­

кает свои контакты.

Применяют также фотореле, реагирующие на изменение осве­ щенности (например, при автоматическом управлении наружным освещением карьеров).

§ 24. Тепловые реле и термосигнализаторы

Тепловые реле (термореле) чаще всего реагируют на длительное (до нескольких минут) превышение электрического тока в цепи. При этом увеличение тока вызывает нагревание металла (реже жидкости или газа) который, расширяясь, воздействует на контакты реле.

Наиболее простое тепловое реле (рис. 51) основано на свойстве биметаллической пластинки изгибаться при нагревании. Биметал­ лическая пластинка 2, состоящая из двух жестко связанных полосок металла с различными коэффициентами линейного расширения, нагревается при увеличении тока I, протекающего через нагрева­ тельный элемент 1, помещенный вблизи пластинки. Изгибаясь в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения

(вверх), пластинка освобождает рычаг 7, который под действием пружины 8 поворачивается и через тягу 6 размык-ает контакты 5- Нагревательный элемент, изготовленный из сплава с высоким удельным сопротивлением (нихром, фехраль), включенный после­ довательно в силовую цепь электродвигателя, выбирают в зависи­ мости от мощности электродвигателя на определенное значение

тока (от 0,5 до 600 А).

После охлаждения биметаллической пластинки возврат реле в исходное положение производится нажатием кнопки 3, которая через толкатель 4 поворачивает рычаг против часовой стрелки.

Такое реле применяют для защиты электродвигателей от перегрузок свыше 20—30% от номинального значения тока,

Рпс. 52. Термоснгиалпзатор ТС

а также от обрыва одной фазы питающей линии, так как в этом

случае в двух других фазах величина тока оказывается выше номи­ нальной.

В горной промышленности применяют тепловые реле типа ТРИ, РТ и др.

Термосигнализаторы (сигнализирующие манометрические термо­ метры) типа ТС предназначены для измерения температуры, а также для подачи сигнала об отключении температуры в пределах от 0

до 200° С.

Термосигнализатор ТС (рис. 52) состоит из герметической тер­ мосистемы, содержащей термобаллон (на рисунке не показан), соединительную капиллярную трубку 6 и многовитковую трубчатую пружину 4, которая через систему рычагов связана с контактным устройством и осью измерительной стрелки 7■

66

При повышении температуры баллона увеличивается давление паров хлорметила в герметической системе и пружина, раскручи­ ваясь, поворачивает ось измерительной стрелки, с которой жестко связана контактная щетка 1, скользящая по двум секторам 2 с кон­ тактами. Один сектор связан с желтым 8, а другой — с красным 5 передвижными указателями, которые заранее устанавливают на определенную отметку шкалы при помощи винтов 3. При повышении температуры вначале замыкается контакт, соответствующий жел­ тому указателю, затем контакт, соответствующий краспому указа­ телю, причем первый контакт остается замкнутым.

Термосигнализаторы применяют для контроля температуры: подшипников насосных и других агрегатов, воздуха и охлаждающей воды компрессорных установок, масла в силовых трансформаторах

идля других объектов.

§25. Двигательные реле времени

При автоматизации некоторых карьерных установок иногда необходимо обеспечить длительный промежуток времени (от несколь­ ких секунд до нескольких часов) между включением отдельных эле­ ментов схемы. Для этого применяют двигательные реле времени,

которые работают на постоянном и переменном токе.

Двигательное реле времени (рис. 53, а) состоит из маломощного электродвигателя 1, редуктора 2 с большим передаточным числом (до 100 ООО), электромагнита 3, который при включении притягивает якорь 4, обеспечивая тем самым сцепление зубчатых полумуфт 14. Далее через зубчатые колеса 6 и 13 вращение передается оси 12, на которой с помощью промежуточных дисков 10 и зажимной гайки 11 фрикционио закреплены диски 7 с упорами 8.

При вращении дисков (рабочий ход) упоры поворачивают закре­ пленные на оси 15 (рис. 53, б) кулачки 16, которые приводят в дей­ ствие контактную систему 9- Одновременно взводится возвратная пружина 5, которая при выключении электромагнита обеспечивает возврат оси с дисками в исходное положение.

Установка выдержки времени для каждой группы контактов производится после отпускания гайки поворотом дисков, совмещая соответствующее деление на диске с указателем 17.

Отключение двигателя производится размыканием контактов в его цепи с помощью одного из дисков или рычагом, жестко свя­ занным с главной осью и воздействующим на конечный микропере­ ключатель (на рисунке не показаны).

Выпускаются программные двигательные реле времени типа ВС-10, РВ4 (с электродвигателями переменного тока), Е-512, Е-513 (с электродвигателями постоянного тока) и другие.

В горной промышленности двигательные реле времени нашли применение при автоматизации водоотливных, конвейерпых, ком­ прессорных и других установок.

67

Рпс. 53. Двигательное (программное) реле времени:

а— кинематическая схема; G — переключение контактов

§26. Бесконтактные реле на магнитных элементах

Бесконтактные реле, как и другие элементы автоматики с ферро­ магнитными сердечниками, в последнее время находят все более широкое применение при автоматизации карьерных установок, общепромышленных объектов и особенно в вычислительной технике.

Бесконтактная аппаратура (датчики, реле усилители) не имеет подвижных частей и контактов, что обеспечивает надежность и долго­ вечность ее работы. Кроме того, бесконтактные аппараты малогаба­ ритны, достаточно чувствительны и практически не требуют ухода.

Основой бесконтактного реле (рис. 54, а) как переключающего устройства является сердечник 1 из ферромагнитного материала, гистерезисная петля которого почти прямоугольной формы (рис. 54, б). Сердечник обычно имеет форму кольца прямоугольного сечепия диаметром в несколько миллиметров. Кольцо, называемое тором, навито в виде спирали из тонкой (несколько микрон) ленты из пермаллоя (железоникелевого сплава с высокой магнитной про-

68

ницаемостыо) или спрессовано из феррита. В качестве сердечника применяют также ферритовые стержни.

На сердечник наматывают три обмотки (рис. 54, я), начала кото­ рых на схемах обозначают точками. Если на входную обмотку 2 подать импульс тока, то тор намагнитится до насыщения в одном из направлений, например до значения магнитной индукции ~{-Вт (рис. 54, б). После прекращения действия импульса тока и, следо­ вательно, напряженности поля сохраняется остаточная индукция +7?г и тор остается в этом состоянии сколь угодно долго. При подаче импульса той же полярности на управляющую обмотку 4, вклю­ ченную встречно с обмоткой 2, магнитное состояние тора изменится на противоположное. Причем вначале магнитная индукция убывает медленно, а при достиже­ нии напряженности —Нс (перегиб петли) ее значе­ ние скачком достигает ве­ личины —Вт. Прекраще­ ние импульса тока в об­ мотке 4 приведет к умень­ шению магнитной индук­

мотке 3 будет индуктиро­

ванне тора произойдет аналогично описанному выше и магнитная индукция сохранит значение -}-Вт сколь угодно долго до появле­ ния следующего импульса той же полярности, но поданного на обмотку 4. Петля гистерезиса имеет вид характеристики электро­ магнитного реле, приведенной иа рис. 43, и может быть более широ­ кой или узкой, в зависимости от материала тора.

Свойство ферритовых сердечников сохранять устойчивое намагни­ ченное состояние определенного знака служит физической основой для использования их в качестве запоминающих элементов вычисли­ тельных устройств. При этом намагниченности одного знака, напри­ мер положительной, соответствует код «1», а намагниченности дру­ гого знака— код «О».

§ 27. Распределители

Распределителем называется переключающее устройство для последовательного во времени переключения электрических цепей. При этом распределитель обычно выполняет поочередное подключе­ ние одной цепи к ряду других.

69