Карточка № 10.3 (351)

Устройства для измерения сигналов в автоматических системах

§10.4. Реле

Одним из наиболее распространенных элементов современных автоматов является реле,

которое обеспечивает скачкообразное изменение выходного сигнала при подаче на вход управляющего сигнала.

На рис. 10.11 изображена схема электромагнитного реле. Сердечник 1, ярмо 2 и якорь 3 изготовляются из электротехнической стали. При прохождении тока 1 по обмотке 4 якорь притягивается к сердечнику, замыкая контакты 5, приваренные к упругим пластинкам из фосфористой бронзы. Все металлические детали крепятся на эбонитовом основании. При обес- точивании обмотки реле якорь возвращается в исходное состояние пружиной 6 и токопроводящие контакты реле размыкаются.

Реле срабатывает (замыкает контакты) при определенном токе — токе срабатывания Iср. Для получения надежного контакта обмотку сердечника реле питают током, который в 3—4 раза превышает ток срабатывания.

При подключении напряжения ивх ток i нарастает по экспоненциальному закону и достигает тока срабатывания через некоторое время, обычно равное сотым долям секунды. Это

намотана так, что ее магнитное поле направлено встречно магнитному полю постоянного магнита (рис. 10.14,6). При подаче в катушку управляющего тока магнитные поля компенсируются и пластины расходятся под действием упругих сил.

Карточка № 10.4 (174).

Реле

§10.5. Магнитные усилители, их назначение и классификация

Измерительные устройства систем автоматического регулирования обычно вырабатывают маломощные сигналы управления, которые непосредственно не могут привести в действие исполнительные механизмы. Малая мощность сигналов объясняется стремлением уменьшить влияние нагрузки на точность измерений, а также конструктивными особенностями и физической природой измерительных устройств.

Чтобы получить мощность, необходимую для работы исполнительных устройств, применяют магнитные усилители. Они практически нечувствительны к вибрациям и механическим воздействиям, позволяют получить на выходе значительные токи, просты в эксплуатации, сравнительно недороги и очень надежны.

Взависимости от характера физических процессов, определяющих принцип работы магнитного усилителя, различают дроссельные и трансформаторные магнитные усилители.

Вдроссельных усилителях рабочая обмотка (обмотка переменного тока) выполняет функцию дроссельной «заслонки», ограничивающей ток в нагрузке, включенной (обычно последовательно) в цепь рабочей обмотки.

Втрансформаторных усилителях цепь нагрузки электрически не связана с цепью питания.

Передача энергии из цепи питания в цепь нагрузки осуществляется за счет магнитной связи между ними. При этом, воздействуя на общий магнитный поток, сцепленный с витками обмоток цепей питания и нагрузки, можно менять мощность, передаваемую в цепь нагрузки.

Как дроссельные, так и трансформаторные усилители могут быть собраны по однотактной или двухтактной схеме. В однотактных магнитных усилителях фаза тока в нагрузке не зависит от полярности входного сигнала. В двухтактных магнитных усилителях фаза тока в нагрузке меняется на 180° при изменении полярности тока в обмотке управления.

В зависимости от типа обратной связи различают магнитные усилители с внешней обратной связью, у которых выпрямленный рабочий ток проходит по специальной обмотке обратной связи, и магнитные усилители с внутренней обратной связью, у которых постоянная составляющая рабочего тока проходит по той же рабочей обмотке (дополнительная обмотка отсутствует).

Двухтактный магнитный усилитель может быть собран по дифференциальной схеме с подмагничиванием и с обратной связью, а также по мостовой схеме.

Карточка № 10.5 (240)

Магнитные усилители, их назначение и классификация

§10.6. Принцип действия дроссельного магнитного усилителя

Ферромагнитный материал, из которого изготовляются магнитопроводы магнитных усилителей, можно представить состоящим из отдельных малых областей (доменов), самопроизвольно намагничивающихся в различных направлениях.

При наложении на магнитопровод магнитного поля обмотки эти намагниченные области («магнитики») ориентируются преимущественно вдоль силовых линий внешнего поля, в результате чего общий магнитный поток резко возрастает. При изменении полярности тока в обмотке «магнитики» поворачиваются и направление общего магнитного потока в магнитопроводе изменяется на обратное.

Будем называть магнитодвижущей силой (МДС) Aϖр произведение тока в обмотке на число ее витков. Эта величина пропорциональна току, так как число витков обмотки обычно постоянно.

На рис. 10.15 изображена полученная опытным путем зависимость магнитного потока в магнитопроводе от количества ампер-витков его обмоток. Это усредненная кривая, характерная для магнитомягких материалов.

На рис. 10.16 изображен магнитопровод, на который намотаны две обмотки: рабочая ϖр, питаемая синусоидальным напряжением, и управляющая ϖy к которой подводится усиливаемое напряжение.

Предположим, что управляющая обмотка обесточена, а МДС рабочей обмотки изменяются по синусоидальному закону от +Aϖр до —Aϖр. При этом магнитный поток в магнитопроводе изменяется на Ф (см. рис. 10.15).

Предположим, что через управляющую обмотку проходит ток и ее МДС равна некоторому- значению Aϖу. МДС рабочей обмотки изменяется в прежних пределах от +Aϖр до —Aϖр. При этом магнитный поток в магнитопроводе изменяется на Ф'. Из рис. 10.15 видно, что Ф' значительно меньше Ф.

Таким образом, в первом случае скорость изменения магнитного потока будет большой, во втором — незначительной. ЭДС самоиндукции рабочей обмотки, пропорциональная скорости изменения магнитного потока (закон электромагнитной индукции), в первом случае будет значительно больше, чем во втором. Эта ЭДС направлена навстречу приложенному напряжению и ограничивает ток в цепи. При постоянном действующем значении синусоидального напряжения питания в первом случае ток в рабочей обмотке будет меньше, чем во втором.

Изменяя магнитное состояние магнитопровода, можно менять ток в рабочей обмотке, а следовательно, и в нагрузке Zн, которая включена последовательно с ϖр.

Пока магнитопровод не насыщен, основная часть напряжения питания тратится на преодоление ЭДС самоиндукции рабочей обмотки, падение напряжения на нагрузке невелико, ток в нагрузке мал. Когда магнитопровод переходит в насыщенное состояние, ЭДС самоиндукции

рабочей обмотки практически исчезает и все напряжение питания оказывается приложенным к нагрузке. Ток в нагрузке возрастает.

На рис. 10.17 изображена зависимость тока в нагрузке (рабочего тока) Iр от тока в обмотке управления Iу. Из рисунка видно, что с увеличением тока управления Iу, т. е. по мере насыщения