- •§ 6.3. Дифференциальные (реверсивные) индуктивные датчики
- •§ 6.4. Трансформаторные датчики
- •§ 6.5. Магнитоупругие датчики
- •§ 6.6. Индукционные датчики
- •Глава 7 пьезоэлектрические датчики
- •§ 7.1. Принцип действия
- •§ 7.2. Устройство пьезодатчиков
- •§ 7.3. Чувствительность пьезодатчика и требования к измерительной цепи
- •1. В чем заключается пьезоэлектрический эффект?
- •2. В каких материалах наиболее сильно проявляется пьезоэлектрический эффект?
- •Глава 8
- •§ 8.1. Принцип действия. Типы емкостных датчиков
- •§ 8.2. Характеристики и схемы включения емкостных датчиков
- •1. Под влиянием каких величин изменяется емкость конденсатора?
- •2. Какие схемы используют для включения емкостного датчика?
- •3. В чем достоинство резонансной схемы включения?
- •Глава 9 терморезисторы
- •§ 9.1. Назначение. Типы терморезисторов
- •§ 9.2. Металлические терморезисторы
- •§ 9.3. Полупроводниковые терморезисторы
- •§ 9.4. Собственный нагрев термисторов
- •§ 9.5. Применение терморезисторов
- •Глава 10 термоэлектрические датчики
- •§ 10.1. Принцип действия
- •§ 10.2. Материалы, применяемые для термопар
- •§ 10.3. Измерение температуры с помощью термопар
- •Глава 11 струнные датчики
- •§ 11.1. Назначение и принцип действия
- •§ 11.2. Устройство струнных датчиков
- •1. В чем достоинство частотного метода измерения?
- •2. Как зависит частота колебаний натянутой струны от силы натяжения и от длины струны?
- •Глава 12 фотоэлектрические датчики
- •§ 12.1. Назначение. Типы фотоэлектрических датчиков
- •§ 12.2. Приемники излучения фотоэлектрических датчиков
- •§ 12.3. Применение фотоэлектрических датчиков
- •1. Расскажите о различных проявлениях фотоэффекта: о внешнем, внутреннем и вентильном фотоэффектах.
- •2. Что такое спектральная характеристика?
- •3. Приведите примеры применения фотоэлектричесих датчиков в повседневной жизни.
- •Глава 13 ультразвуковые датчики
- •§ 13.1. Принцип действия и назначение
- •§ 13.2. Излучатели ультразвуковых колебаний
- •§ 13.3. Применение ультразвуковых датчиков
- •1. Поясните принцип действия эхолота.
- •2. Как работает излучатель ультразвуковых колебаний?
- •Глава 14
- •§ 14.1. Физические основы эффекта Холла и эффекта магнитосопротивления
- •§ 14.2. Материалы для датчиков Холла и датчиков магнитосопротивления
- •§ 14.3. Применение датчиков Холла и датчиков магнитосопротивления
- •1. Как проявляется эффект Холла? : 2. Почему в; магнитном: поле изменяется сопротивление проводника?
- •Раздел III
- •Глава 15
- •§ 15.1. Назначение. Основные понятия
- •§ 15.2. Кнопки управления и тумблеры
- •§ 15.3. Пакетные переключатели
- •§ 15.4. Путевые и конечные выключатели
- •1. Что такое коммутация?
- •2. Какие коммутационные элементы вы используете у себя дома?
- •3. Как осуществляется моментное действие выключателя?
- •Глава 16
- •§ 16.1. Режим работы контактов
- •§ 16.2. Конструктивные типы контактов
- •§ 16.3. Материалы контактов
- •1. От каких факторов зависит сопротивление контактного перехода?
- •2. Какие конструкции контактного узла применяют для повышения надежности его работы?
- •3. Какие материалы используют для контактов?
- •Глава 17
- •§ 17.1. Назначение. Принцип действия
- •§ 17.2. Основные параметры и типы электромагнитных реле
- •§ 17.3. Электромагнитные реле постоянного тока
- •§ 17.4. Последовательность работы электромагнитного реле
- •§ 17.5. Тяговая и механическая характеристики электромагнитного реле
- •§ 17.6. Основы расчета магнитопровода электромагнитного реле
- •§ 17.7. Основы расчета обмотки реле
- •§ 17.8. Электромагнитные реле переменного тока
- •§ 17.9. Быстродействие электромагнитных реле
- •Глава 18
- •§ 18.1. Назначение. Принцип действия
- •§ 18.3. Настройка контактов и устройство поляризованного реле
- •§ 18.4. Вибропреобразователи
- •1. В чем разница между поляризованным и нейтральным реле?
- •2. Как выполняется настройка контактов поляризованного реле?
- •3. Зачем нужен вибропреобразователь?
- •Глава 19
- •§ 19.1. Типы специальных реле
- •§ 19.2. Магнитоэлектрические реле
- •§ 19.3. Электродинамические реле
- •§ 19.5. Реле времени
- •§ 19.6. Электротермические реле
- •§ 19.7. Шаговые искатели и распределители
- •§ 19. . Магнитоуправляемые контакты. Типы и устройство
- •§ 19.9. Применение магнитоуправляемых контактов
- •Глава 20
- •§ 20.1. Назначение контакторов и магнитных пускателей
- •§ 20.2. Устройство и особенности контакторов
- •§ 20.3. Конструкции контакторов
§ 17.9. Быстродействие электромагнитных реле
В § 17.2 в числе основных параметров электромагнитных реле были отмечены параметры, характеризующие быстродействие реле: время срабатывания /ср и время отпускания Готп. Эти параметры определяются при анализе переходных процессов, происходящих при включении и отключении реле. Рассмотрим эти процессы применительно к обмотке реле постоянного тока.
Цепь обмотки реле можно представить в виде последовательного соединения активного сопротивления R и индуктивности L. Переходный процесс при включении реле можно рассматривать как известный из электротехники случай включения катушки индуктивности на постоянное напряжение (рис. 17.16). С момента замыкания ключа К возникает переходный процесс, в течение которого ток в обмотке реле увеличивается от нуля до некоторого установившегося значения / = /уст, изменяются и напряжения ик и ul. Электрическое состояние цепи по схеме рис. 17.16 в любой момент переходного процесса характеризуется уравнением
1ДС *уст- W"J J -^/" .««,.v,,...,i~« „^-,.,_.... ~,„„..
График зависимости /=/(/) представляет собой экспоненту (пунктирная кривая 1 на рис. 17.16, б). Формула (17.31) получена в предположении, что индуктивность L обмотки реле постоянна. В действительности в процессе движения якоря к сердечнику индуктивность L увеличивается (аналогично работе электромагнитного индуктивного датчика перемещения, рассмотренного в гл. 6). ьИз" менение индуктивности начинается с того момента времени, когда ток в обмотке достиг значения тока трогания (/ = 4р). Начинающееся увеличение индуктивности приводит к увеличению постоянной времени Т= L/R. Следовательно, рост тока замедляется. Кроме того, быстрое возрастание магнитного потока вызывает увеличение противоЭДС, т. е. напряжения на индуктивности ul. Это приводит даже к уменьшению на некоторое время тока в цепи (см. сплошную кривую 2 на рис. 17.16, 6). Как только якорь притянется к сердечнику, индуктивность обмотки перестает увеличиваться и ток снова возрастает по экспоненте, но с меньшей скоростью, чем на начала ном участке, поскольку увеличилась постоянная времени.
Время срабатывания реле ?ср определяется двумя составляющи ми (рис. 17.16, б): временем трогания /тр и временем движения /дв, т. е. ...... .... .,,,: , ... . .,.,.. . , ,,. .- .. ...... . .-, .,
Время движения /дв зависит от механической инерционности электромагнитного механизма реле. Оно может быть определено на основании второго закона Ньютона а = F/m, где а — ускорение, т — масса. Для уменьшения времени движения необходимо стремиться к уменьшению массы якоря. Для данного типа реле можно считать величину ?дв приблизительно постоянной. Поэтому основным фактором, влияющим на время срабатывания реле /ср, является постоянная времени Г= L/R.
Рассмотрим способы ускорения срабатывания реле постоянного тока, основанные именно на изменении длительности переходного процесса. Последовательно с обмоткой реле включается добавочное активное сопротивление R^ (рис. 17.17), а напряжение питания повышается на величину Д£/, которая выбрана таким образом, чтобы установившееся значение тока осталось неизменным, т. е.
-г ill]
Теперь постоянная времени уменьшилась ——-— < — и нара-
1Л + Ллоб R)
стание тока будет происходить по более крутой экспоненте (кривая 2 на рис. 17.17, б), чем без добавочного сопротивления (кривая 1 на рис. 17.17, 6).
Еще большее ускорение срабатывания реле можно получить подключив параллельно добавочному сопротивлению Лдоб конденса-
тор емкостью С (на рис. 17.17, а это включение показано пунктиром). При замыкании ключа К ток переходного процесса проходит через емкость в обход Лдо6. Ведь до замыкания ключа напряжение на конденсаторе было равно нулю, а скачком оно измениться не может. Поэтому в первый момент времени все повышенное напряжение приложено именно к катушке реле. В цепи появляется значительный ток, но он не опасен для обмотки, поскольку действует короткое время. По окончании переходного процесса ток уменьшается до установившегося значения, поскольку он проходит через Лдоб (через конденсатор постоянный ток не проходит). Емкость конденсатора (в мкФ) выбирается из условия
Теперь рассмотрим переходный процесс при, отключении реле. При размыкании ключа К (ркс. 17.16, а) ток в обмотке реле уменьшается от значения /уст до нуля. Энергия, запасенная в магнитном поле обмотки реле, поддерживает некоторое время ток за счет дугового разряда между контактами ключа К. Уравнение тока переходного процесса получим, решая дифференциальное уравнение (17.30) при U=0:
где Т= L/R; L — индуктивность обмотки реле при притянутом якоре.
График зависимости i=f(f) показан на рис. 17.16, в в виде экспоненты (пунктирная кривая Г). Кривая 2 показывает реальное изменение тока в обмотке реле при отключении. Всплеск тока на этой кривой объясняется изменением индуктивности обмотки при движении якоря (аналогично всплеску тока при включении реле).
К схемным методам замедления времени срабатывания и отпускания относится метод шунтирования обмотки реле конденсатором (рис. 17.18). При включении реле ток в его обмотке будет нарастать медленнее за счет процесса зарядки конденсатора. Время срабатывания может быть увеличено примерно до 1 с по сравнению с примерно 50 мс при включении без конденсатора. При отключении реле, наоборот, конденсатор будет разряжаться на обмотку реле, замедляя уменьшение в ней
Эффективным схемным методом замедления времени отпускания является включение параллельно обмотке реле диода (в непроводящем по отношению к напряжению питания направлении). В этом случае (рис. 17.19) ЭДС самоиндукции, возникающая в обмотке реле при отключении, создает ток, протекающий через обмотку и реле и удерживающий якорь некоторое время в притянутом положении. Включение диода используется и для защиты обмотки реле от пробоя под действием перенапряжений при отключении.
Замедление работы реле обеспечивается и с помощью коротко-замкнутого витка (или обмотки) на пути магнитного потока.
К конструктивным методам уменьшения временных параметров реле относятся уменьшение хода якоря, уменьшение вихревых токов за счет применения шихтованного (набранного из отдельных пластин) магнитопровода. Следует также напомнить, что реле постоянного тока являются более быстродействующими, чем реле переменного тока.
Контрольные вопросы
1. Что такое репе?
2. Как работает электромагнитное реле?
3. Перечислите основные параметры электромагнитного реле.
4. Поясните график изменения тока в обмотке реле при его срабатывании и отключении.
5. Что такое тяговая и механическая характеристики реле?
6. Чем отличаются реле переменного тока от реле постоянного тока?
7. Какие способы позволяют повысить быстродействие реле?