книги / Электрические аппараты. Общий курс

Номинальный ток управления определяется по фор­ муле

Для других реверсивных схем соотношения приведе­ ны в [Л. 13-1].

в) Промышленные серии МУС [Л. 13-1]. Основные данные се­ рий приведены в табл. 13-3.

Рис. 13-5. Характеристи­ ка управления реверсив­ ного МУС в относитель­ ных единицах.

Т аб л и ц а 13-3 Некоторые данные серии МУС, выпускаемые промышленностью

а) Серия ТУМ. Усилитель выполнен на тороидальном ленточ­ ном сердечнике из стали Э310. На каждом магнитопроводе имеется по две рабочих обмотки, которые могут соединяться последователь­

полнена для частоты питания 400 Гц и охватывает мощность 3— 1000 Вт. Магиитопроводы выполнены в виде тороидов из пермаллоя

настоящее время выпускаются блоки МУ и комплектные устройства. В блоках, кроме МУС, обслуживающих данную схему управле­ ния, имеется разделительный (питающий) трансформатор, диодный мост для обмоток смещения и регулирующие резисторы [Л. 13-1]. Комплектное устройство служит для выполнения сложной функции управления, например регулирования тока возбуждения машины по­ стоянного тока, и является конструктивно законченной установкой.

13-2. Бесконтактные магнитные реле (БМ Р) на базе МУС

Для получения релейного режима в схему МУС необходимо дополнительно намотать обмотку обратной связи w0.с. На рис. 13-7 дана схема, в которой ток обратной связи / 0.с пропорционален на­ пряжению на нагрузке UH. Результирующая м. д. с. управления складывается из м. д. с. обмотки управления fywу и м. д. с., созда­ ваемой обмоткой обратной связи I0.cW0.с. На рис. 13-8, а кри­ вая 1 — характеристика управления МУС без обратной связи. Про­

ведем луч обратной связи II так, что tg cl==I'0 C/Uat где 1о с—ток обратной связи, приведенный к обмотке управления и равный

связи /0 с. Напряжение на* нагрузке определяется точкой пересе­

чения О луча II с характеристикой /. При токе управления /уi поле управления создается суммарной м. д. с.

Таким образом, данный МУС с обратной связью ведет себя как реле с размыкающим контактом: при /у = 0 напряжение на нагруз­

МУС отношение UH2/Uнз^ЮО, а значение Un3 очень мало.

Для получения релейного режима необходимо, чтобы соблюда­ лось неравенство а>у. Результирующая характеристика (Ун(/у) МУС в релейном режиме представлена на рис. 13-8,6.

Если в МУС добавить обмотку смещения, то в зависимости от м. д. с. этой обмотки могут быть получены реле с различными вида­ ми «контактов». При отрицательном смещении IciWci/Wy БМР име­

Коэффициент возврата тем меньше, чем больше ширина релей­ ной петли А. В свою очередь эта величина зависит от коэффициента обратной связи k0 с. Чем больше k0.c> тем больше а, тем шире ре­ лейная петля, При отсутствии обмотки смещения МУС ведет себя как реле с размыкающим контактом (рис. 13-8,6). Коэффициент возврата для этого случая равен:

кп = 1У2/IУ4•

Рис. 13-8. К построению релейной петли МУС

о

Рис. 13-9. Характеристики бесконтактных магнитных реле.

Если 'создать отрицательное смещение /сг^сг/^у, меньшее, чем IciWci/Wy, то получим характеристику «вход — выход», изображен­ ную на рис. 13-9, б. В этом случае реле может находиться в двух устойчивых состояниях. Если вначале БМР находилось в состоянии, соответствующем точке 1, и подан положительный сигнал +/уь то после снятия сигнала напряжение на нагрузке останется равным

Uni. При подаче отрицательного сигнала —/у2 напряжение упадет до напряжения U*2. После снятия сигнала /у2 напряжение останет­ ся равным Uà2 (БМР работает аналогично поляризованному реле).

щих контактов, которые часто являются причиной отказа в работе схем автоматики. Минимальная мощность срабатывания БМР мо­ жет достигать 10~10 Вт. Отсутствие контактов и подвижных частей у БМР делает реле исключительно износостойкими и вибро- и уда­ ростойкими. Реле могут работать во взрывоопасных средах.

При подаче на вход прямоугольного' управляющего напряже­ ния постоянная составляющая потока нарастает с постоянной вре­ мени цепи управления Гу. Срабатывание реле происходит при до­ стижении током управления значения Iу.Ср. Замедление времени срабатывания, обусловленное электромагнитным процессом в обмот­ ке управления, является большим недостатком бесконтактных реле.

Работа БМР зависит от напряжения питания, частоты, темпе­ ратуры окружающей среды и требует применения специальной ста­

Коэффициент полезного действия рабочей цепи у БМР значи­ тельно ниже, чем у контактных реле.

При большой выходной мощности масса и габариты бесконтакт­ ных аппаратов значительно превышают массу и габариты кон­ тактных.

Как правило, исполнительные звенья, управляющие большими токами и мощностями, делаются на контактной аппаратуре или полупроводниковых элементах, а входные элементы выполняются на магнитных усилителях.

Вопросы теории и расчета БМР рассмотрены в [Л, 13-2, 13-3].

надежностью. Эти приборы вибро- и ударостойки. От­ сутствие нагреваемого катода снижает потребляемую прибором мощность.

Полупроводниковые триоды для своей работы требу­ ют низких напряжений и способны работать несколько десятков тысяч часов.

Аппараты с полупроводниковыми приборами имеют высокую чувствительность и высокий к. п. д. цепи нагруз­ ки. Отсутствие размыкающихся контактов также являет­

ся большим преимуществом аппаратов, на полупроводни­ ковых приборах.

Недостатками транзисторов являются: отсутствие полного разрыва цепи в состоянии отсечки, гальваничес­ кая связь цепи управления (базы) и нагрузки, зависи­ мость параметров приборов от температуры. Кроме того, выпускаемые транзисторы имеют довольно большой раз-

Рис. 13-10. Каскад усилителя на транзисторе.

брос параметров. Однако путем правильного выбора ре­ жимов работы, учитывающего широкий диапазон колеба­ ния температуры, удается создать надежно работающие электрические аппараты на полупроводниковых прибо­ рах. Эти аппараты могут являться бесконтактными реле, логическими элементами. Последние широко использу­ ются в схемах автоматики и счетной техники.

б) Однокаскадный полупроводниковый усилитель на транзисторе проводимостью р-п-р. Схема усилителя с об­ щим эмиттером изображена на рис. 13-10, а. Указанные на рисунке направления токов, напряжений и э. д. с. при­ няты за положительные.

Транзистор имеет три электрода: эмиттер Э, коллек­ тор К и базу Б. Ток эмиттера равен сумме токов коллек­ тора и базы ia= i K+ i 6.

Транзистор является управляемым активным сопро­ тивлением. В зависимости от тока, протекающего через базу, изменяется сопротивление между эмиттером и кол­ лектором. В результате изменяется и ток, протекающий через нагрузку би­

характеристика усилителя представлена на рис. 1310,6. При отрицательном токе управления —/у. 0 через нагрузку протекает минимальный то к /к.0, причем |/ к.0| =

= |/у.о|. Этот режим усилителя называется о т с е ч к о й и обозначается буквой О.

Если ток управления iy уменьшать до нуля, а затем увеличивать в положительной области, то ток в нагрузке линейно растет.

При токе в базе /б.н наступает н а с ы щ е н и е тран­ зистора. В этом режиме сопротивление между эмиттером и коллектором мало и ток в цепи определяется сопротив­ лением нагрузки RH. Такой режим называется режимом насыщения и обозначается буквой Н. Ток управления, который необходим для перевода из состояния О в состо­

эмиттер — база зависимость тока в нагрузке iHот управ­ ляющего напряжения еу имеет нелинейный характер. От­ рицательное значение сигнала — Еу, 0 называется напря­ жением отсечки, а положительное напряжение Еу, н— на­ сыщения. Для транзистора р-п-р характерным является увеличение тока через него при увеличении отрицатель­ ного потенциала базы транзистора относительно эмит­ тера. Для того чтобы перевести транзистор из заперто­ го состояния в открытое, необходимо к э .д .с .— Еу,0 до­ бавить положительную э. д. с. переключения Еум.

Важнейшей характеристикой транзисторга является зависимость между током коллектора и током базы. От­ ношение приращения тока в коллекторной цепи к прира­

ток и напряжение отсечки довольно сильно увеличивают­ ся с ростом температуры. Поэтому для надежного запи­ рания напряжения Еу.0 берется равным 0,1—0,5 В.

Надежная работа транзистора, стабильность его ха­ рактеристик в значительной степени зависят от его тем­ пературы. Эта температура определяется температурой окружающей среды и мощностью, выделяющейся в тран­ зисторе при прохождении по нему тока. Для того чтобы удержать температуру транзистора в допустимых преде­ лах при данной наибольшей температуре окружающей

среды, мощность, выделяющаяся в транзисторе, должна быть меньше мощности, рассеиваемой транзистором. Эта мощность указывается в его паспорте.

Мощность, выделяющаяся в транзисторе в режиме отсечки, равна:

ному переходу приложено практически все напряжение источника Еус. Это напряжение должно быть меньше пре­ дельно допустимого значения напряжения, приводимого в паспорте транзистора UK, доп. Обычно напряжение ис­ точника EK= U K. Доп/(1,5ч-2).

При увеличении тока управления iYрастет ток нагруз­ ки, увеличивается мощность, выделяемая в транзисторе, равная:

РГ —-- Iк иUэк>

где {Уэк— напряжение между эмиттером и коллектором транзистора.

Поскольку мощность, которая может рассеиваться транзистором, постоянна, по условиям нагрева допусти­ мые значения тока / к и напряжения [/эк связаны гипер­ болической зависимостью.

Вначале с ростом / к мощность, выделяемая в транзис­ торе, растет, а затем падает, так как начинает превали­ ровать уменьшение UQк. Наибольшая мощность, выде­ ляющаяся в транзисторе имеет место, когда сопротивле­ ние нагрузки RH равно сопротивлению транзистора /?эк. Эта мощность должна быть меньше мощности, которую может рассеять транзистор при допустимой температуре:

Р макс < расе*

Для получения режима насыщения необходимо подать ток управления / у. п. Этот ток связан с током насыщения / к. н через коэффициент усиления по току:

Для уменьшения (Уэк.н, а следовательно, и потерь в Транзисторе рекомендуемый ток базы при насыщении бе­ рется больше / б.н

Следует отметить, что увеличение kQ повышает стой­ кость схемы по отношению к изменениям температуры, колебаниям напряжения питания и изменению и разбро­ су параметров, входящих в схему элементов. Однако при этом ухудшается быстродействие, так как требуется бо­ лее длительное время для вывода транзистора из насы­ щения.

Для германиевых транзисторов напряжение UdK,н значительно меньше £ к, поэтому при расчете тока насы­ щения / к.н напряжением £/эк.н можно пренебречь.

Мощность, выделяемая в транзисторе в этом режиме, равна:

Эта мощность существенно больше, чем мощность Р 0.

Вполупроводниковых релейных аппаратах и логичес­ ких элементах триод находится либо в состоянии отсечки О, либо, в насыщенном состоянии Я. Переход из одного состояния в другое происходит так быстро, что определя­ ющим по нагреву является только насыщенное состояние Я, когда падение напряжения на транзисторе мало. Та­ кой режйхМ транзистора называется к л ю ч е в ы м . Насы­ щенное состояние эквивалентно замкнутому состоянию контактов реле, режим отсечки — разомкнутому.

Допустимая мощность, снимаемая с нагрузки для данного транзистора в ключевом режиме, в десятки раз больше допустимой нагрузки того же транзистора в ре­ жиме непрерывного управления. Поэтому ключевой ре­ жим позволяет лучше использовать транзистор по мощ­ ности.

Вслучае активно-индуктивной нагрузки при переходе из режима Я в режим О на нагрузке возникает большая

э.д. с. —L difdt, обусловленная высокой скоростью спада тока. В результате между коллектором и эмиттером дей­ ствует сумма напряжения источника питания Ек и э. д. с. —Ldi/dt. Электродвижущая сила —Ldi/dt может быть настолько большой, что произойдет пробой транзистора. Для снятия таких перенапряжений нагрузка шунтирует*

ного режима необходимо, чтобы числожаскадов было не

Рис. 13-11. Двухкаскадпый транзисторный усилитель.

менее двух [Л. 13-4]. Некоторые из возможных вариан­

венно связана с коллектором транзистора Т\. Если тран­ зистор Т\ находится в состоянии О, то к базе транзистора Т2 приложено практически полное напряжение источни­ ка питания —Ек. Под действием этого напряжения тран­ зистор Т2 полностью насыщен (находится в состоянии Н) и через нагрузку течет ток IHæ E 1{/Ru.

По мере того как мы будем увеличивать ток в базе транзистора Ть будет увеличиваться коллекторный ток этого транзистора, протекающий через резистор Rj. Из-за падения напряжения на этом сопротивлении отри­ цательный потенциал на базе транзистора Т2 будет уменьшаться, что поведет к уменьшению тока в нагрузке. В момент, когда транзистор Т\ будет насыщен, к базе транзистора Т2 будет приложен потенциал, равный

— ^эк.н транзистора 7Y Для отсечки транзистора Т2 необ­ ходимо подать на его базу положительный потенциал, чего нельзя получить в схеме рис. 13-11, а.

Для полной отсечки транзистора Т2 необходимо ввес­ ти запирающее напряжение U3 (рис. 13-11,6), которое создает необходимый отрицательный ток базы —/ у 0 (рис. 13-10,6).