книги / Электрические аппараты автоматического управления
..pdf9.4.2. Получение релейной характеристики магнитного усилителя
При определенном выборе параметров контура обратной связи характеристика «вход— выход» МУ может приобрести петлеобразную форму. Принципиальная схема магнитного уси лителя с внешней обратной связью приведена на рис. 9.16.
Через обмотку обратной связи W0.с проходит выпрямленный переменный ток МУ /0.с. Здесь вся или часть выходной мощности МУ как бы снова поступает на его вход, производя дополнитель ное подмагничивание сердечника. Таким образом, на подмагничивание расходуется часть энергии от источника переменного тока, который, как правило, обладает большей мощностью, чем источник входного сигнала. Обмотка управления получает допол нительную функцию — регулирования степени подмагничивания со стороны обмотки обратной связи.
Считается, что обратный ток вентилей на схеме рис. 9.16 ра вен 0, тогда для «идеального» МУ при согласном включении обмотки управления и обмотки обратной связи можно записать
/ р \ ^ = ( / _ № _ ) о б щ , НО ( / - ^ - ) о б щ = / у ^ у + / о . с ^ о . с
Здесь |
/р — переменный ток, протекающий по рабочей катуш |
ке W |
При отсутствии обратного тока вентилей / 0.с = /р: |
|
I VW ^ = I y W y + I 0.c W o . c = I y W y + I v Wo.c; |
|
IyWy = IpWъ — /ptt^o.e. |
Коэффициент усиления по току для «идеального» МУ равен отношению токов рабочей обмотки и обмотки управления
/ р |
/pU7y _ |
|
/ рИ7у |
_ |
W y |
_ |
* ~ ~ / у |
l y W y |
/ р « 7 . - / р Г о , : |
|
W ^ — W o . c |
|
|
|
Wy |
1 |
Wy |
|
1 |
|
“ |
’ |
W0.c |
~ |
’ |
1— fto.J |
|
где k 0.c = |
W0.c |
коэффициент обратной связи; |
|
|
1 |
|
(9.31) |
|
1 - А о . г |
Из полученного выражения видно, что при наличии обратной’ связи коэффициент усиления по току для МУ возрастает
___ 1_ |
раз, так как для МУ без обратной связи он равен |
||
1 |
&о.с |
||
к — |
/п |
— |
Wv |
1 |
1^ * |
||
* |
/у |
|
|
Этот результат получается при совпадении постоянных полей обмоток управления и обратной связи, т. е. при их согласном включении. Такой вид обратной связи называется положительной обратной связью и обеспечивает высокий коэффициент усиления.
Кос с |
/ |
|
Кос = 1 |
Кос>1 |
|
|
|
Н~(/'0 |
H JL) |
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
\ |
|
|
|
Ну(1у) |
Ну(1у) |
|
|
|
О |
|
|
|
Рис. 9.35 |
|
|
Анализируя выражение коэффициента усиления по току |
||||
<9.31), приходим к такому выводу. |
|
|||
При &0 .с<1; |
k i > \ |
имеет |
место недокомпенсированная об |
|
ратная связь (рис. 9.35уа). |
|
|
||
При £0 .с=1; |
|
имеет место компенсированная обратная |
||
связь (рис. 9.35, б). |
будет |
перекомпенсированная обратная |
||
При &0 .с>1 |
* i< 0 |
|||
связь (рис. 9.35, в). Здесь кривая / = / ( / у) на некотором участке имеет отрицательную кривизну (показано пунктиром). Этот уча сток соответствует «релейному режиму» магнитного усилителя.
Рассмотрим случай перекомпенсированной обратной связи более подробно на примере тороидного магнитного усилителя типа ТУМ-А5-11, собранного по схеме с самонасыщением (МУС) (см. рис. 9.17).
При наличии внутренней обратной связи, как показано на рис. 9.36, график зависимости тока нагрузки от тока управления тороидного магнитного усилителя (ТУМ) без внешней обратной связи имеет вид кривой Построим характеристику
магнитного усилителя, отложив по оси ординат |
напряженность |
переменного поля Н ^ = —------, где /----- средняя |
длина силовом |
Л И Н И И , по оси |
абсцисс — напряженность |
постоянного |
поля |
(/_№_) общ |
а также характеристику |
обратной |
связи |
/ / _ = - ----- —:---- , |
Я 0.с= /(Я ^ ), которая представляет собой прямую линию,таккак ток обратной связи есть выпрямленный переменный ток.
При действии тока сердечник подмагничивается суммарной напряженностью постоянного магнитного поля. Подсчитав
Ну= lyWy откладываем ее на оси абсцисс вправо или влево ог /-
начала координат в зависимости от того, будет ли поле управ ляющего тока согласно или встречно полю обмотки обратной связи. Из полученной точки на оси абсцисс проводим луч, парал лельный характеристике обратной связи (рис. 9.36). Этот луч пересекает кривую Н ^ = f ( H J ) в трех точках а, Ь и с, средняя из которых соответствует участку с отрицательной крутизной на ха рактеристике H ^ = f ( H y) (рис. 9.35, в). В результате получаем характеристику H ^ = f ( H y) (рис. 9.37), которая построена по ха рактеристикам рис. 9.36 при различных значениях Ну.
На участке характеристики, где она имеет отрицательную кривизну, работа магнитного усилителя становится неустойчивой (рис. 9.37). В действительности получаются скачки, направление которых в зависимости от изменения Ну показано стрелками. Так получается релейная характеристика МУ
9.4.3. Бесконтактное магнитное реле
Бесконтактное реле, построенное на МУ, называются магнит ными. Исходя из вышеизложенного, была разработана схема магнитного бесконтактного реле (лабораторный образец) на маг нитном усилителе типа ТУМ-А5-11, схема которого приводится ниже, на рис. 9.39, а данные о нем в табл. 9.5.
Магнитные бесконтактные реле позволяют иметь различные релейные характеристики.
1.С нормально замкнутым выходом — инвертор (рис. 9.38, а) .
2.С нормально разомкнутым выходом — повторитель (рис.
9.38, б).
3. Промежуточную между первыми двумя — триггер (рис. 9.38, в).
4.Характеристику двухпозиционного реле двустороннего дей ствия— триггер (рис. 9.38, г).
5.Характеристику трехпозиционного реле (рис. 9.38,6).
Первые три релейные характеристики можно получить, используя схему бесконтактного магнитного реле (рис. 9.39), где указана внешняя обратная положительная связь (обмотка управ ления /). Эта схема позволяет получить магнитное бесконтактное реле с характеристикой, приведенной на рис. 9.40, а, которая со ответствует реле с нормально замкнутым выходом — инвертору.
Данные реле приведены в табл. 9.10.
Табл. 9.10. Параметры реле
Тип реле
Снормальным замкнутым выходом
Снормальным разомкнутым выходом
Н апряж ен ие питания, в |
Н апряж ен ие вы хода, в |
Ток вы х о д а , а |
М ощ ность вы хода, вт |
Ток ср а б а ты вания, а |
Ток возврата, а |
Ток см ещ е ния, а |
|
|
|
|
|
| |
|
127 |
ПО |
0,5 |
55 |
0,032 |
0,027 |
0 |
127 |
по |
0,023 |
55 |
0,031 |
0,024 |
0,060 |
Если в схему рис. 9.39 ввести смещение, то получим схему бесконтактного реле (рис. 9.41) и характеристику реле с нор мально разомкнутым выходом (рис. 9.40,6).
Изменяя ток смещения (рис. 9.42), можно получить характе ристику, объединяющую первые две (рис. 9.40, в), т. е. реле будет действовать в зависимости от предшествующего режима либо как реле с нормально замкнутым, либо как реле с нормально разомк нутым выходами (триггер).
Параметры реле схем рис. 9.41 и 9.42 следующие. 1 . Максимальная мощность Рманс= 55 вт.
2 . Кратность срабатывания &ср= |
= ^ 9 . —23,6. |
M I.мни
3. Коэффициент возврата
_ ТУМ-А5-11
Рис. 9.39
— = 0,84 — для реле с нормально замкнутым выходом;
24
— = 0,78 — для реле с нормально разомкнутым выходом.
4. Чувствительность
Ру.мин— (/укр ^у.отп) 2 Ry— (32—27)24 6= 1148• 10 6=
=1,15-10”3 вт.
5.Мощность срабатывания
|
Рср=/у.ср Яу= 3 2 2-46-10-6=47-1 о-3 вт. |
6 . |
Коэффициент усиления по мощности магнитного усилителя |
в релейном режиме
и.макс Ру.мни
Реле может быть широко использовано в случаях большого числа срабатываний при автоматическом управлении. Оно имеет достаточно большую выходную мощность при токе срабатывания порядка 30 ма.
С учетом того, что ТУМ питается переменным током, оно мо жет быть использовано в цепях автоматики, работающей на переменном токе.
Реле может быть использовано как реле-усилитель. Оно может иметь пять или шесть входов и осуществлять логические операция «Или», «И», «Нет».
Для получения четвертой и пятой релейных характеристик (рис. 9.38, г, д) необходимо иметь магнитное бесконтактное реле, построенное на двухтактном магнитном усилителе. На рис. 9.43 приведена схема такого реле. Оно состоит из двух однотактных магнитных усилителей типа ТУМ-А5-11, имеющих релейные ха рактеристики такие же, как и МУ (рис. 9.42). Характеристика этого МУ приведена на рис. 9.44 (сплошные линии). Если соед*ь нить эти два МУ по дифференциальной схеме (рис. 9.43), to в силу того, что их обмотки управления соединены встречно, характеристики отдельных МУ этой схемы будут иметь вид, при веденный на рис. 9.44, т. е. они будут расположены относительно оси ординат как зеркальные изображения и взаимно повернут^ на 180° относительно друг друга. Если объединить теперь два МУ в одну дифференциальную схему, то при токе управления /у=я0 напряжение на выходе UПых будет равно нулю, так как МУ в0 3 ~
Рис. 9.40'
Рис. 9.41 |
Рис. 9.42 |
буждены одинаково и разность напряжений UBblx= U t—U2 будет равна нулю. Это можно видеть на рис. 9.44. Если подать ток управления, то при встречном включении обмоток в одном МУ м. д. с. управления будет действовать согласно с обмоткой обрат
ной положительной связи, а во втором — встречно. В результате в одном МУ будет иметь место снижение тока нагрузки, а во втором он сохранится максимальным. Графически это показано на рис. 9.44 (штрихом).
Таким же образом можно получить релейную характеристику трехпозидионного (/, 2, 3) магнитного реле (рис. 9.45). Если сое динить обмотки смещения согласно и пропустить по ним ток смещения, то эту характеристику можно расположить симмет рично относительно оси ординат. В результате будет получена характеристика двухпозиционного (1, 2) магнитного реле двусто роннего действия (рис. 9.46). Таким образом, магнитные бескон тактные реле, схемы которых приведены на рис. 9.39—9.43, поз воляют получить все релейные характеристики, которые приве дены на рис. 9.38. Из анализа этих характеристик можно прийти к заключению, что магнитные бесконтактные реле позволяют
r~ r
J -22,8
-27 Г Г
I I t *
I I
0,4 |
у<Г |
|||
0,/ |
\ |
I'l (**) |
||
0 |
4 |
|||
22,8 |
27 |
|||
Рис. 9.44
Рис. 9.45
получать характеристики как нейтральных, так и поляризованных реле, т. е. магнитные бесконтактные.реле в этом смысле являются универсальными. Если учесть, что магнитные бесконтактные реле могут иметь мощнрсть срабатывания одного порядка с чувстви тельными поляризованными реле, а мощность выхода значитель но более высокую, чем у аналогичных поляризованных реле, то !это также хорошо характеризует бесконтактные магнитные реле 'при работе их в качестве поляризованных реле.
9.4.4. Бесконтактные феррорезонансные реле
Бесконтактные феррорезонансные реле основаны на исполь зовании явления феррорезонанса. Это явление позволяет создать бесконтактные реле, которые в отличие от магнитных бесконтакт ных реле не нуждаются в обмотках обратной связи и выпрями телях.
Известно, что феррорезонансные контуры обладают S-образ ной характеристикой, что позволяет получать релейные характе ристики. Эти реле обеспечивают получение всех тех же характе ристик, как и в магнитныхреле. Их недостатком является труд ность использования их в установках промышленной частоты, так как размеры дросселей и емкостей получаются большими. Их используют на высоких частотах в вычислительной технике.
9.4.5. Управляемые трансформаторы
i_
!В последнее время начинают получать распространение управ ляемые трансформаторы. Эти трансформаторы не обладают ре
лейной характеристикой. Однако если заставить их работать в ключевом режиме, то они могут выполнять функции, которые ’рбычно поручаются релейным 'устройствам. В этом смысле их можно отнести к бесконтактным реле. Характеристика ключевого режима представлена на рис. 9.47. Она изменяется монотонно и может достигать максимального значения при соответствующем {значении сигнала управления. Поэтому если подобрать сигнал соответствующей величины, то можно на выходе управляемого трансформатора иметь изменения выхода от минимума до мак симума. И хотя это изменение выхода не будет скачкообразным (релейным), эффект при прочих равных условиях будет тот же.
В зависимости от рода тока управления управляемые тран сформаторы разделяют на трансформаторы, управляемые пере менным током и постоянным током.
Трансформатор, управляемый переменным током (рис. 9.48),
состоит из Ш-образного магнитопровода, на который наложены первичные обмотки Wa и №12, соединенные последовательно и