Приложение 2 Аппараты дистанционного управления

Система дистанционного управления представлена структурной схемой на рис.1.

В рассматриваемом случае человек-оператор Ч-О через электроаппарат ручного управления АРУ воздействует на электрическую цепь управления ЭЦУ. Она используется для передачи сигнала на расстояние. Необходимую мощность сигнала обеспечивает источник электрической энергии ИЭЭ. Приемником сигнала является аппарат дистанционного управления АДУ, который по входному сигналу управления изменяет состояние коммутируемой электрической цепи ЭЦК с помощью своих коммутирующих контактов (или электронных ключей при бесконтактной коммутации).

При коммутации цепей управления, контроля и гиснализации в качестве АДУ обычно используют электромагнитные реле, при коммутации силовых ЭЦК - электромагнитные контакторы. Сигнал управления электромагнитным реле или контактором поступает на катушку его электромагнитного механизма. Мощность электрического сигнала управления контактором составляет от единиц до десятков ватт. Для реле она меньше.

Система, состоящая из Ч-О, АРУ, ИЭЭ, ЭЦУ (выделенная на рис.1 пунктирной линией), является источником управляющего воздействия (ИУВ) на АДУ. В общем случае в состав ИУВ могут входить датчики и устройства автоматического управления. Носителем сигнала, формируемого ИУВ, обычно является электрическое напряжение U.

Зависимость положения замыкающего контакта АДУ (выходной переменной у) от величины U (входной переменной КДУ) иллюстрируется с помощью временных диаграмм:

Электромагнитные реле

Электромагнитные реле составляют наиболее многочисленную группу приборов, применяемых для коммутации устройств управ­ления электроприводом. Электромагнитные реле являются устрой­ствами дистанционного управления, так как ими можно управлять, находясь от них на значительном расстоянии, путем подачи в их катушку электрического сигнала (напряжения).

Рассмотрим принцип действия электромагнитного контактно­го реле управления (рис.2).

Рис.2. Электромагнитное реле:

/ — сердечник; 2 — катушка; 3 — якорь; 4 — регулировочный винт; 5 — регулиро­вочная гайка; 6 и 8 — неподвижные контакты; 7 — подвижные контакты; 9 —возвратная пружина

Электромагнит реле состо­ит из катушки 2, сердечника 1 и подвижного магнитопровода 3, называемого якорем. Якорь 3 и полюс сердечника 1 разделены воздушным зазором δ. Контактная группа состоит из неподвижных контактных деталей 6 и 8 и подвижного мостика 7. При подаче электрического сигнала (напряжения) U опре­деленного значения на клеммы катушки 2 в этой катушке появля­ется ток, который создает намагничивающую силу Iw, где w — число витков в катушке реле. При этом в магнитной системе реле наводится магнитный поток Ф и на якоре появляется тяговое уси­лие F. Под действием силы F якорь 3, преодолевая противодей­ствие пружины 9, притягивается к сердечнику, т.е. происходит механическое перемещение якоря 3 на величину воздушного зазора δ. В результате поднимается стержень с мостиком 7, вызывая замыкание контакта 6 и размыкание контакта 8. Этот процесс называют срабатыванием реле.

При снятии сигнала (напряжения) U с клемм катушки 2 реле отпускает, при этом якорь 3 под воздействием пружины 9 возвра­щается в исходное положение, контакты 8 размыкаются, а кон­такты 6 замыкаются.

Таким образом, реле может находиться в одном из двух устой­чивых состояний: состояние «сработано», при наличии на клем­мах катушки напряжения определенного уровня, и состояние «от­пущено», когда напряжение на клеммах катушки реле отсутствует или его величина меньше установленного значения.

Электромагнитное реле характеризуется следующими парамет­рами.

Напряжение (ток) срабатывания реле — наименьшее значение напряжения на клеммах катушки или наименьшее значение тока в ней, при которых якорь надежно притягивается к сердечнику, а контакты переходят из разомкнутого состояния в замкнутое, и наоборот. В паспорте реле указано номинальное напряжение, на которое рассчитано включение катушки, несколько превышаю­щее напряжение срабатывания. Этим обеспечивается надежность срабатывания реле.

Напряжение (ток) отпускания реле — наибольшее напряжение на клеммах катушки или наибольший ток в ней, при которых тя­говое усилие, действующее на якорь, уменьшается до значения, необходимого для надежного отпадания якоря от сердечника, а контакты переходят из замкнутого состояния в разомкнутое, и на­оборот.

Коэффициент возврата реле — отношение напряжения (тока) отпускания к напряжению (току) срабатывания.

Время срабатывания реле — промежуток времени с момента подачи напряжения срабатывания на катушку реле до момента переключения его контактов.

Время отпускания реле — промежуток времени с момента сня­тия напряжения с катушки реле до момента возвращения контак­тов в исходное положение.

Уставка реле — величина напряжения или тока, на которые отрегулировано реле и при которых оно срабатывает или отпус­кает.

По времени срабатывания /_ср или времени отпускания t_0Tn реле подразделяют на быстродействующие (t_cp < 50 мс) и нормальные (t_ср = 50+250 мс). Для получения времени срабатывания или отпус­кания больше 250 мс применяют специальные реле, называемые реле времени.

Регулировочными элементами реле являются винт 4 и гайка 5. Так, при затяжке пружины 9 гайкой 5 увеличивается усилие, про­тиводействующее повороту якоря при срабатывании реле, что ве­дет к повышению напряжения (тока) срабатывания. Таков же эф­фект и от увеличения воздушного зазора δ посредством винта 4.

В зависимости от рода тока, проходящего по катушке реле, по­следние подразделяют на реле постоянного и переменного тока. В реле постоянного тока сердечник и якорь изготовляют из полос электротехнической стали сплошного сечения.

В реле переменного тока сердечник электромагнита систематически перемагничивается и в нем возникают вихревые токи, вызывающие его нагревание. Для ослабления вихревых токов сердечники реле переменного тока делают шихтованны­ми, т.е. набирают из тонких пластин электротехнической стали, изолиро­ванных друг от друга. Другой конструк­тивной особенностью реле переменно­го тока является наличие короткозамкнутого витка в торце сердечника (рис. 6.10), охватывающего 1/3 площади тор­ца. Этот виток, исполняя роль демп­фера (успокоителя), позволяет избе­жать вибраций якоря, вызываемых ну­левыми значениями переменного тока в катушке реле. В результате индуциро­вания в этом витке тока якорь в моменты нулевых значений тока в катушке реле удерживается притянутым к сердечнику.

Реле постоянного тока подразделяют на нейтральные и поля­ризованные. В нейтральных реле направление тока в катушке не влияет на процесс срабатывания реле. В поляризованных реле при одном направлении тока в катушке якорь притягивается к одной стороне сердечника и при этом срабатывают контакты одной груп­пы, а при другом направлении тока в катушке якорь притягивает­ся к другой стороне сердечника и при этом срабатывает другая группа контактов.

Надежность работы реле в основном определяется надежнос­тью контактов, которые предназначены для коммутации электри­ческих цепей и должны без вибрации и с требуемым усилием сжа­тия замыкать электрические цепи определенной мощности без оплавления и подгорания, обеспечивая тем самым малое переходное сопротивление.

Надежность контактов зависит от материалов, из которых они изготовлены. Для контактов обычно применяют материалы, обла­дающие достаточной механической прочностью, высокой темпе­ратурой плавления, электропроводностью. Контакты реле малой мощности изготовляют из серебра, платины, золота, платино-иридиевого и других сплавов. Эти материалы создают малое пере­ходное сопротивление контакта. Контакты реле большей мощности изготовляют из латуни, меди, вольфрама, а также сплавов воль­фрама с серебром. Контакты из вольфрама и его сплавов обладают наибольшей механической прочностью и высокой температурой плавления.

Чтобы уменьшить искрообразование на контактах, применяют искрогасящие цепочки RC из конденсатора и резистора, включае­мые параллельно контактам.

По виду соприкасающихся поверхностей (в точке, по линии или по плоскости) контакты подразделяют на точечные, линей­ные и плоскостные. Для маломощных цепей применяют точечные контакты, которые обеспечивают очищение контактов от пленки оксидов на контактных поверхностях, а также равномерный из­нос контактов. Наиболее тяжелым режимом работы контактов яв­ляется размыкание цепей постоянного тока (особенно большой мощности), так как при этом на контактах возникает и поддержи­вается некоторое время электрическая дуга. При размыкании це­пей переменного тока дуга на контактах гаснет намного быстрее, так как в течение каждого периода переменный ток дважды про­ходит через нулевые значения. Поэтому с помощью одних и тех же контактов можно разрывать цепи переменного тока с мощностью, в 3 — 4 раза превышающей мощность цепей постоянного тока.

Для повышения надежности контактов созданы реле на герконах. Контакт геркона выполнен в виде плоских пружинящих пластин (полос) из сплава пермаллой, обладающего высокой маг­нитной проницаемостью. Контактные пластины запаяны в герметичную стеклянную колбу (рис.3).

1

а)

б)

Рис.3. Герконовое реле:

1- контакт; 2- обмотка; 3 – постоянный магнит

Если геркон поместить внутрь катушки с током (рис.3а) или вблизи постоянного магнита (рис.3б), то магнитный поток, про­ходя по контактным пластинам геркона и воздушному зазору между ними, вызовет смыкание контактных пластин. Таким образом герконовое реле сработает. При отключении ка­тушки или удалении постоянного магнита контакт геркона, благодаря упругости контактных пластин, разомкнется, т. е. реле отпустит.

Если в катушку поместить несколько герконов, то полу­чим реле с несколькими контактами, т.е. многоконтактное герко­новое реле.

По сравнению с обычными электромагнитными реле герконовые реле имеют высокое быстродействие и более надежную работу контактов. Основной недостаток герконовых реле - малая допус­каемая токовая нагрузка на контакты (при превышении допусти­мой нагрузки возникает опасность сваривания контактов). Другой недостаток - «дребезг» контактов при срабатывании реле, т. е. их вибрация, вызванная упругостью контактов геркона.

Помимо герконовых реле с замыкающими контактами существу­ют герконовые реле с размыкающими контактами. Такое реле кроме катушки включает в себя постоянный магнит. Пока на катушку не подан сигнал, контакты геркона под действием магнитного поля по­стоянного магнита замкнуты. С появлением сигнала в катушке маг­нитное поле катушки накладывается на поле магнита и ослабляет его, при этом силами упругости контакты размыкаются. С прекраще­нием действия сигнала в катушке магнитное поле постоянного маг­нита восстанавливается и контакты вновь замыкаются. Герконы изго­товляют на ток до 2 А напряжением до 300 В.

Если количество контактов какого-либо реле в схеме управления недостаточно или допускаемый ток на его контактах слишком мал, то применяют промежуточные реле. На рис.4 показано устройство промежуточного реле ЭП-41.

.Рис.4. Устройство промежуточного реле ЭП-41: