1. Введение в курс АСЭ

2. Элементы автоматических и телемеханических устройств.

1. Электромеханическое реле и датчики.

2. Основные их характеристики.

3. Коэффициенты, характеризующие работу реле.

4. Поляризованные реле

5. Герконовые реле

6. Предупреждение искрообразования на контактах реле.

(2.4.—2.6. самостоятельно)

2.1. Электромеханическое реле — устройства, имеющие два органа: воспринимающий и исполнительный. Параметры, действующие на исполнительный орган, могут быть любые. Исполнительный орган выдает только электрические параметры. Поэтому различают электромеханические реле и датчики и неэлектрические. Реле и датчики можно классифицировать:

А) По роду управляемых сигналов реле:

— реле = тока

— реле ~ тока.

Б) По количеству обмоток:

— однообмоточные

— многообмоточные.

В) По виду движения якоря:

— с угловым перемещением

— с линейным перемещением (реле плунжерного типа).

2.2. Различают электромеханические реле нейтральные и поляризованные. Нейтральные — это те, которые срабатывают независимо от направления тока в обмотке реле. КДР — реле кодовое диспетчерское.

Fэ — сила притяжения якоря к сердечнику возбуждаемого реле.

Aм — энергия поля

б — зазор

Знак минус показывает, что сила напряжения встречно силовым линиям поля.

бо — это толщина медного штифта

K — коэффициент пропорциональности для данного реле.

2. Нагрузочная или механическая характеристика. Fм = f (б)

F м — это сила, которую нужно приложить к якорю, чтобы перемещать его в направлении от сердечника, преодолевая упругую силу контактов.

Реле работает надежно тогда, когда тяговая характеристика (Iw) лежит выше нагрузочной.

2.3. Коэффициент управления Ку

Ру — мощность управления

Рп — мощность, потребляемая самим реле

— коэффициент возврата Кв

(Iw) возвр. — это та наибольшая величина, при которой реле приходит в исходное положение.

(Iw) сраб. — та наименьшая величина, при которой якорь притягивается к сердечнику, (Iw) сраб.  1.

— коэффициент добротности реле Кд

3. Электрические импульсы и их параметра.

3.1. Общие сведения об электрических импульсах.

3.2. Параметры электрических импульсов.

3.3. Спектральный состав электрических импульсов.

3.4. Методы анализа электроцепей при импульсах воздействия на них.

3.1. Подавляющее большинство устройств АТМ работает в импульсных режимах.

Электрический импульс — это кратковременное отклонение тока или U от некоторого уровня, называемого основанием импульса, при этом основание может быть нулевым, положительным или отрицательным.

При действии последовательности импульсов ан устройства за время паузы схема должна приходить в исходное состояние. Следует различать импульсы и перепады U. Перепад отличается от импульса тем, что его продолжительность по времени на несколько порядков выше.

3.2. Электрические импульсы можно классифицировать:

а) по форме, т.е. импульсы принято представлять в виде плоских геометрических фигур, хотя в действительности они на эти фигуры не похожи точно.

б) По полярности:

— однополярные

— многополярные

в) Видеоимпульсы и радиоимпульсы.

Видеоимпульсы получают при коммутировании цепей постоянного тока, а радиоимпульсы при переменном токе.

Все параметры можно разделить на:

— основные, дополнительные и производные.

Основные параметры:

1. Max. значение величины импульса (амплитуда) Um.

2. Длительность импульса.

3. Период следования импульса.

1. Длительность фронта и среза tср.

2. Величина скоса.

3. Мощность импульса.

Величина скоса составляет единицы  от Uмax.

В/с крутизна фронта

В/с крутизна среза

мощность

W — энергия, выделенная в цепи за время прохождения импульсов.

средняя мощность

Pn  tn = Pср.  Т — исходя из эквивалентности энергии

Производные параметры:

1. Коэффициент заполнения.

2. Скважность импульсов.

3. Активная длительность импульсов (tna)

коэффициент заполнения

скважность импульса

Если tn = tn, то q = 2.

Активная длительность импульса — это длительность, соответствующая некоторому уровню амплитуды.

Условились активную длительность определять на уровне 0,5 Uмax.

3.3. Любую периодическую функцию можно разложить в ряд Фурье.

f(t) = +A1Cos2w1t + A2Cos2w1t + ... + AnCosnw1t + ... + B1Sinw1t +...+ BnSinnw1t +... (1)

Для того, чтобы найти A0, домножим левую и правую уравнения на dt:

f(t) dt = dt +A1Cos2w1t dt + A2Cos2w1t dt + ... + AnCosnw1t dt + ... + B1Sinw1t dt +...+ BnSinnw1t dt +...

Все члены ряда правой части, кроме первого, обращаются в 0.

Чтобы найти коэффициент уравнения (1), необходимо домножить левую и правую части уравнения (1) на соответствующие синусы и косинусы.

3.4. Известны из ТОЭ следующие методы анализа электроцепей:

1. Классический метод — суть его в составлении интегро-дифференциональных уравнений переходного процесса.

2. Операторный метод — суть его в том, что от интегро-дифференционального уравнения мы при помощи преобразований Паппаса переходим к обычным алгебраическим выражениям.

3. Интеграл Дюамеля — суть в необходимости знания переходной характеристики цепи r(t)., которая есть отклик цепи на действие единичной функции. Общим решением переходного процесса есть сумма двух составляющих.

4. Частотный метод — суть в определении отдельных параметров цепи (откликов цепи на каждую составляющую ряда Фурье), после чего находим общее решение задачи, состоящее из суммы частных решений от каждой составляющей ряда Фурье.

4. Формирователи импульсов.

4.1. R-C цепи.

4.1.1. Дифференцирующие цепи.

4.1.2. Интегрирующие цепи.

4.1.3. Неискажающие цепи.

4.1.1. Дифференцирующей называют цепь, из которой выходное напряжение или выходная величина равна производной от входной.

Для того, чтобы цепь была дифференцирующей, необходимы следующие условия:

  tn

 - постоянная времени. r = RC

UR (t) = U1 (t) - UC (t)

UR (t) = I (t) R

при условии, что правильно выбраны параметры R и C. В каждом конкретном случае в зависимости от формы входного импульса условие дифференцирования усложняется.

Определим время, в течение которого длится переходный процесс. Считается, что переходный процесс закончился, если разность между изменяющейся величиной и ее пределом составляет 5%.

Vc = 0,95 V1

tn — переходное, tn = 0,05.

tn = 2,3  1,3 = 3/

1,3 — для перехода от Ln к Lg.

Практически при построении дифференцирующей цепи время переходного процесса в пределах (3  5) .

Определим активную длительность для экспоненциального импульса, если цепь дифференцирующая:

tn.a. = 0,7 .

Дифференцирующая цепь носит название укорачивающей цепи.

Экспоненциальные импульсы, получающие из дифференцирующей цепи используются для запуска и синхронизации различного рода схем. Для получения импульса одной полярности необходимо на пути включить диод соответствующим образом. При необходимости изменить уровень выходных импульсов в схему вводят источник постоянного смещения и в зависимости от полярности включения основание импульса будет либо положительным, либо отрицательным.

4.1.2. Интегрирующей называют цепь, у которой выходная величина пропорциональна интегралу от входной.

Доказать :

  tn ( R - велико ) —

условие того, что цепь будет интегрирующей.

Поскольку ток для данной цепи определяется в основном сопротивлением, то можно записать:

Если пренебречь падением напряжения на емкости, получим:

Интегрирующие цепи носят название удлиняющих. Max значение напряжения на емкости всегда меньше, чем амплитуда поданного импульса. Интегрирующая цепь имеет способность переводить длительность импульса в амплитуду, т.к. U2 (t) =

Интегрирующая цепь используется в устройствах автоматики и телемеханики для селекции (отбора) импульсов определенной длительности.

4 .1.3. Неискажающая цепь — это та же дифференцирующая цепь, у которой соотношение между параметрами не соблюдается, т.е. может быть  = tn,   tn., иначе неискажающая цепь называется разделительной.

В устройствах телемеханики для получения дифференцирующих и интегрирующих цепей существует универсальный модуль ФС (формирующая схема).

4.2. Формирующие трансформаторы.

4.2.1. Импульсные трансформаторы.

4.2.2. Передача прямоугольного импульса через импульсный трансформатор.

4.2.2.1. Передача фронта импульса.

4.2.2.2. Передача вершины импульса.

4 .2.1. Импульсным трансформатором называют трансформатор с феррамагнитным сердечником, предназначенный для передачи импульсных сигналов. Такие тр - ры обладают малыми потерями на перемагничивание, а сердечник выполняют из феррита или пермаллоя. Помимо функции разделения импульсный тр - р может осуществлять:

1) согласование по сопротивлению входных и выходных цепей.

2) менять амплитуду выходного импульса.

3) передавать импульс одновременно для многих схем.

U₁=-E₁+I₁Z

U₂=-E₂+I₂Z

Выразим U₁ и U₂ через число витков и магнитный поток.

n — коэффициент трансформации.

Приведенная схема не учитывает токов, протекающих через обмотки тр -ра, т.к. число витков и, следовательно, индуктивность тр - ра всегда конечны, то определим индуктивность намагничивания тр - ра, которая близка к индуктивности первичной обмотки.

Ф = В Sж, В =  Н

В — индукция магнитопровода

Sж — площадь железа

Ф =  Н Sж

Согласно закона полного тока:

Н Lж = 0 W1

0 = 1 - m 2 ток намагничивания.

В последнем выражении все параметры кроме 0 являются постоянными.

Сравнивая два выражения, находим, что индуктивность импульсного тр - ра равна

В импульсных тр - рах  не остается постоянным ввиду остаточной индукции после импульса.

Поскольку часть магнитного потока замыкается через обмотку и витки и в процессе переноса энергии участия не принимает (поток рассеивания), то в схему замещения необходимо ввести индуктивность рассеивания.

С хема замещения импульсного тр - ра с нагрузкой:

4 .2.2. Сн — паразитная емкость представляет собой емкость проводов, отходящих от вторичной обмотки по отношению к земле.

Имеем генератор прямоугольных импульсов.

Требуется определить форму выходного импульса на зажимах

2-2.Полная схема замещения импульсного тр - ра.

Указанная схема замещения содержит три реактивных накопителя энергии, следовательно переходный процесс, описываемый дифференциальным уравнением третьего порядка не дает основания достаточно просто описать выходные параметры. Поэтому, для упрощения рассматриваемых процессов, расчленяют действия прямоугольного импульса на быстрые и медленные, т.е. будем рассматривать передачу фронта и среза импульса как процесса быстропротекающего, а передачу вершины — как процесса медленно протекающего.

4.2.2.1.

При подаче прямоугольного импульса за время формирования импульса ток в индуктивности практически не изменяется. 0 (-о) = 0 (+о). Следовательно, мы можем считать, что L разомкнута и ею можно пренебречь.

E (t) = URE (t) + ULS (t) + URН (t).

Анализируя последнюю схему замещения  форма выходного U на зажимах. 2 - 2 будет зависеть от параметра Z.

0,5 Z 1

На практике стремятся к тому, чтобы выходное U носило слегка колебательный характер.

4.2.2.2.

0 t tn

З а время 0 t tn  Е = Const. При медленно изменяющихся процессах можно предположить, что  0.

Следовательно, Ls при передаче импульса можно заменить короткозамкнутым витком. Кроме того:

следовательно и емкостью можно пренебречь в схеме замещения, поскольку

Д ля анализа схемы замещения воспользуемся методом эквивалентного генератора.

Здесь эквивалентные параметры равны:

В момент времени t = 0 ток намагничивания также равен 0. При t  0 ток намагничивания начинает увеличиваться по экспоненте и стремится в пределе к величине.

Следовательно, напряжение на зажимах 2 - 2 будет изменяться по закону.

U2 (t)=E

В момент времени t = tn напряжение на зажимах 2 - 2 будет:

При t  tn  Е = 0.

Д ля получения окончательного решения задачи необходимо сложить

Для того, чтобы учесть реальное напряжение на зажимах 2 - 2, надо в n - раз изменить масштаб последнего графика. Можно считать, что на вторичной стороне мы получим экспоненциальные импульсы. В соответствии полярности обмоток мы будем получать соответствующие полярности выходного сигнала.

5. Ограничители импульсов.

5.1. Общие сведения.

5.2. Последовательные ограничители.

5.3. Параллельные ограничители.

5.4. Комбинированные формирователи импульсов.

5 .1. Ограничителями импульсов называют устройства, напряжение на выходе которых пропорционально входному U до некоторого уровня, называемого порогом ограничения. После этого выходное U остается постоянным. Поскольку нарушается линейная связь между входным и выходным U, то ограничители импульсов должны обладать нелинейной характеристикой. Различают ограничители: сверху, снизу и двусторонние ограничители.

1)