6. Реле переменного тока. Устройство и работа, маркировка и условные обозначения на электрических схемах.

Для питания данного типа реле используется переменный ток. В качестве реле переменного тока в устройствах ж/д автоматики применяются фазочувствительные двухэлементные секторные реле типа ДСШ. Реле состоит из двух магнитных систем (двух элементов: местного и путевого).

Обмотка местного элемента подключена к источнику опорного напряжения. Путевой элемент подключается к рельсовой цепи. Между сердечниками местного и путевого элементов помещается алюминиевый сектор. Он вращается на оси в вертикальном положении и при помощи коромысла и тяги управляет контактами.

Ток местного элемента не меняется. При соответствующем значении тока путевого элемента и определенном значении угла сдвига фаз между ними вследствие взаимодействия переменного магнитного потока местного элемента Ф_м с вихревым током i_п, индуцированным в секторе переменным магнитным потоком путевого элемента Ф_п, образуется вращающий момент. Положительный вращающий момент М и движение сектора вверх происходит только при определенном соотношении фаз между токами путевого и местного элементов (идеальный угол сдвига фаз между токами равен 90⁰, при этом вращающий момнт максимальный).

Сектор перемещается в верхнее положение и общий контакт замыкается с фронтовым. При выключении тока путевого элемента вращающий момент становится равным нулю и сектор опускается. Контакты возвращаются в исходное положение и замыкаются с тыловым.

Маркировка реле дает информацию о его типе и характеристиках. Она состоит из букв и цифр. Первая буква или сочетание первых двух букв показывает физический принцип действия реле: ДС – двухэлементное секторное. Буква М на втором месте – малогабаритное реле. Буква Ш – штепсельное. Например, КМШ – комбинированное малогабаритное штепсельное реле. После буквенного обозначения ставится цифра, показывающая количество контактных групп. Для штепсельных реле:

1 – восемь переключающих контактных групп;

2 – четыре переключающих контактных группы;

3 – два замыкающих и два размыкающих контакта;

4 – четыре переключающих и четыре замыкающих;

5 – два переключающих и два размыкающих.

Следующие после тире цифры – суммарное сопротивление обмоток постоянному току при последовательном включении. Если обмотки могут включаться раздельно (имеют свои выводы) или имеют различное сопротивление, то оно указывается через дробь. Например, 180/0,45.

Обозначение малогабаритных реле автоблокировки начинается с буквы А. Буква М (малогабаритное) в обозначении отсутствует.

Последняя буква у медленнодействующих реле – м, у реле с терморегулятором – Т.

6. Бесконтактные элементы ж/д автоматики. Транзисторный ключ. Достоинства, недостатки.

Наряду с электромеханическими реле в ж/д автоматике. Телемеханике и связи применяются бесконтактные коммутирующие элементы (триггеры, счетчики, регистры, делители частоты и др.).

Основой всех бесконтактных элементов является электронный ключ. Электронный ключ – устройство, которое может находиться в одном из двух устойчивых состояний: замкнутом и разомкнутом. Переход из одного состояния с другое в идеальном электронном ключе происходит скачком под влиянием управляющего напряжения или тока. Переключение с «выключено» на «включено» происходит при достижении входным напряжением порогового значения.

Электронные ключи могут строиться на различных элементах: диодах, биполярных и полевых транзисторах, тиристорах и др. Чаще всего используются транзисторные ключи. Они применяются самостоятельно или в качестве основы для изготовления интегральных микросхем.

Простейшая схема электронного ключа на биполярном транзисторе (транзисторный ключ):

Транзистор имеет три вывода: эмиттер Э, коллектор К и базу Б. Управляющее напряжение подается в данной схеме на базу транзистора. Реакция транзистора определяется его типом (p-n-p, n-p-n) и полярностью управляющего сигнала. Если потенциал базы будет положительным относительно эмиттера (на базу подан +, а на эмиттер -), то транзистор типа n-p-n, работающий в ключевом режиме, будет открыт, сопротивление между коллектором и эмиттером упадет практически до нуля и через транзистор потечет ток. Величина которого определяется напряжением источника питания и сопротивлением нагрузки R_к: Транзисторный ключ открыт.

Если на базу транзистора подан «-» входного напряжения, то транзистор будет закрыт. Сопротивление между эмиттером и коллектором будет иметь большую величину. Ток через транзистор не протекает, и напряжение между коллектором и эмиттером будет практически равно напряжению питания: I = 0, U_вых = E. Транзисторный ключ закрыт.

В связи с микроминиатюризацией электронной техники в системах автоматики и связи широкое распространение имеют интегральные микросхемы. Элементной базой для изготовления цифровых интегральных микросхем являются электронные ключи.

Функциональной основой любых цифровых интегральных микросхем служат так называемые логические элементы, т.е. электронные элементы, выполняющие логические функции.

Логические элементы могут находиться в одном из двух состояний, одно из которых принимают за 1, а другое за 0. Высокий уровень напряжения на входе ил выходе элемента соответствует логической единице, низкий – логическому нулю. Для анализа работы цифровых устройств используются таблицы истинности, показывающие зависимость напряжения на выходе элемента или устройства от напряжения на его входах.

Логические элементы могут выполнять логические функции И, ИЛИ, НЕ. Кроме этого применяются комбинированные элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

Название элемента и реализуемая функция	Условные обозначения в схемах	Таблицы истинности
Инвертор НЕ отрицание		Вход		Выход
		X		Y
		1		0
		0		1
Дизъюнктор ИЛИ ( ) Логическое сложение		X1	X2		Y
		0	0		0
		0	1		1
		1	0		1
		1	1		1
Конъюнктор И ( Логическое умножение		X1	X2		Y
		0	0		0
		0	1		0
		1	0		0
		1	1		1
Элемент Пирса ИЛИ-НЕ		X1	X2		Y
		0	0		1
		0	1		0
		1	0		0
		1	1		0
Элемент Шеффера И-НЕ		X1	X2		Y
		0	0		1
		0	1		1
		1	0		1
		1	1		0

Элементы Пирса и Шеффера являются комбинированными. Они включают в себя операцию логического сложения или умножения и операцию логического отрицания.

В случаях, когда необходимо иметь элемент с памятью, применяются триггеры. Триггер – устройство. Обладающее двумя устойчивыми состояниями равновесия и способностью скачком переключаться из одного состояния равновесия в другое под действием внешнего импульсного сигнала. Триггеры имеют обычно два выхода (прямой и инверсный ), значения напряжения на которых взаимно обратны (если на - единица, то на - нуль). Число входов триггера определяется его типом.

При отсутствии внешних воздействий триггер находится в одном из двух устойчивых состояний. При подаче соответствующих импульсных сигналов на входы триггер переходит в другое устойчивое состояние.

На рисунке приведена схема RS триггера на логических элементах ИЛИ-НЕ. Он имеет два входа R и S и два выхода и .

Триггеры бывают различных типов. На рисунке приведены условные обозначения в схемах триггеров типов RS, D, T, JK.

Триггер RS. При S = 1, R = 0 триггер устанавливается в единичное состояние При S = 0, R = 1 триггер устанавливается в нулевое состояние Если S = К = 0, триггер не меняет своего состояния. Комбинация S = К = 1 для данного триггера является запрещенной.

Триггер типа D имеет информационный вход D и синхровход С. Состояние триггера в момент подачи синхроимпульса на вход С определяется уровнем входного сигнала на входе D (при D = 1 Q = 1, при D = 0 Q = 0, ).

Триггер типа Т имеет один информационный вход Т. Асинхронный Т триггер переводится в другое состояние каждый раз, когда на вход Т поступает управляющий сигнал.

Триггер JK имеет два информационных входа J и K и синхровход С. Состояние триггера меняется в момент прихода синхроимпульса. Напряжение на выходах определяется напряжением на входах аналогично RS триггеру с тем отличием, что при подаче на входы двух логических единиц триггер осуществляет инверсию предыдущего состояния.

На основе триггеров строятся различные цифровые схемы. Примером таких схем является счетчик импульсов.

Счетчиком импульсом называется устройство, подсчитывающее число импульсов, поступающих на вход, и фиксирующее это число в виде кода. На рисунке приведена схема счетчика на Т триггерах.

При подаче каждого импульса на вход Т первый триггер будет переключаться в другое устойчивое состояние. Импульсы на вход каждого из последующих триггеров подаются с выхода предыдущего. Поэтому каждый последующий триггер будет переключаться в два раз реже предыдущего. Максимальное число импульсов, которое может пересчитывать счетчик, определяется по формуле где n – число разрядов (триггеров) счетчика.