- •В.Ю. Шишмарёв автоматика
- •Введение
- •Глава 1 основные понятия, цели и принципы управления
- •1.1. Основные понятия и определения
- •1.2. Примеры систем автоматического управления
- •1.3. Цели и принципы управления
- •4. Типовая функциональная схема сау
- •1.5. Математические модели сау
- •1.6. Классификация сау
- •Контрольные вопросы
- •Глава 2
- •2.2. Классификация элементов автоматики
- •2.3. Общие характеристики элементов автоматики
- •2.4. Динамический режим работы элементов
- •Контрольные вопросы
- •Глава 3
- •3.2. Классификация измерительных преобразователей
- •3.3. Статические и динамические характеристики измерительных преобразователей
- •4. Структурные схемы измерительных преобразователей
- •3.5. Унификация и стандартизация измерительных преобразователей
- •Контрольные вопросы
- •Глава 4 измерительные элементы систем автоматики (датчики)
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Датчики перемещений Потенциометрические датчики
- •Индуктивные датчики
- •Индукционные датчики
- •Емкостные датчики
- •Фотоэлектрические датчики
- •Электроконтактные датчики
- •Путевой выключатель
- •4.3. Датчики скорости Центробежные датчики скорости
- •Тахогенераторы
- •4.4. Датчики температуры Биметаллические датчики температуры
- •Термопары
- •Проволочные термосопротивления
- •Полупроводниковые термосопротивления (термисторы)
- •4.5. Датчики давления
- •Контрольные вопросы
- •Глава 5 задающие устройства и устройства сравнения
- •5.1. Задающие устройства
- •5.2. Устройства сравнения
- •Глава 6 усилители
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Магнитные усилители
- •6.3. Электромашинные усилители
- •6.4. Полупроводниковые усилители Усилители на биполярном транзисторе
- •Усилители напряжения на полевом транзисторе
- •Операционные усилители
- •Универсальные оу
- •Прецизионные операционные усилители
- •Мощные операционные усилители
- •Операционные усилители в моделировании математических операций
- •Электрометрические и измерительные усилители
- •Многокаскадные усилители
- •Усилители мощности
- •Контрольные вопросы
- •Глава 7 переключающие устройства (реле)
- •7.1. Общие сведения и классификация реле
- •7.2. Нейтральные электромагнитные реле постоянного тока
- •7.3. Тяговые и механические характеристики электромагнитного реле
- •7.4. Электромагнитные реле переменного тока
- •7.5. Поляризованные электромагнитные реле
- •7.6. Контакты реле. Средства дуго- и искрогашения
- •7.7. Реле времени
- •7.8. Тепловые реле
- •Глава 8 исполнительные устройства
- •8.1. Общие характеристики исполнительных устройств
- •8.2. Электрические серводвигатели
- •Электродвигатели постоянного тока с независимым возбуждением
- •Электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением
- •Серводвигатели переменного тока
- •8.3. Гидравлические двигатели
- •8.4. Сервоприводы с электромагнитными муфтами
- •8.5. Шаговые сервоприводы
- •Контрольные вопросы
- •Глава 9 типовые звенья сау
- •9.1. Режимы работы объекта. Возмущающие воздействия
- •9.2. Апериодическое (инерционное, статическое) звено
- •9.3. Астатическое (интегрирующее) звено
- •9.4. Колебательное (апериодическое 2-го порядка) звено
- •9.5. Пропорциональное (усилительное, безынерционное) звено
- •9.6. Дифференцирующее звено
- •9.7. Запаздывающее звено
- •9.8. Логарифмические частотные характеристики динамических звеньев
- •Контрольные вопросы
- •Глава 10 соединение звеньев в сау
- •10.1. Типовые соединения звеньев
- •Последовательное соединение звеньев
- •Параллельно-согласованное соединение звеньев
- •10.2. Сложные соединения звеньев
- •10.3. Аппроксимация сложных объектов совокупностью нескольких типовых звеньев
- •Контрольные вопросы
- •Глава 11 синтез сау или выбор типа регулятора
- •11.1. Структурные схемы сау
- •11.2. Понятие обратной связи
- •11.3. Классификация регуляторов по реализуемому закону регулирования
- •Контрольные вопросы
- •Глава 12 анализ устойчивости и качества работы сау
- •12.1. Понятие устойчивости сау
- •12.2 Показатели качества работы сау
- •12.3. Оптимальные процессы регулирования
- •12.4. Анализ устойчивости замкнутой системы
- •12.5. Вывод характеристического уравнения замкнутой системы из передаточных функций объекта и регулятора
- •12.6. Критерии устойчивости сау Алгебраический критерий устойчивости Рауса-Гурвица
- •Частотный критерий устойчивости Михайлова
- •Частотный критерий устойчивости Найквиста
- •12.7. Анализ качества работы замкнутой сау
- •Глава 13 цифровые системы автоматического управления
- •13.1. Включение эвм в сау
- •13.2. Логические устройства автоматики
- •Релейно-контактные схемы
- •Изображение основных логических элементов на схемах
- •Минимизация логических функций
- •Бесконтактные логические элементы
- •Синтез логических устройств
- •13.3. Системы числового программного управления
- •13.4. Промышленные роботы
- •13.5. Управляющие микроЭвм и микроконтроллеры Структура цифровых систем управления
- •МикроЭвм и микроконтроллеры в системах управления технологическими процессами
- •Контрольные вопросы
- •Глава 14 системы телемеханики
- •14.1. Основные понятия
- •14.2. Принципы построения систем телемеханики
- •14.3. Линии связи
- •14.4. Методы преобразования сигналов
- •Непрерывные методы модуляции
- •Импульсные методы модуляции
- •Цифровые методы модуляции
- •14.5. Асу технологическими процессами и производством
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальное определение динамических характеристик объектов регулирования
- •Выбор регуляторов
- •Выбор регуляторов на основании расчета
- •Выбор оптимальных значений параметров регуляторов
7.3. Тяговые и механические характеристики электромагнитного реле
Электромагнитное тяговое усилие (сила притяжения якоря к катушке реле) прямо пропорционально квадрату намагничивающей силы (МДС) (т.е. оно не зависит от направления тока в управляющей обмотке) и обратно пропорционально квадрату длины 5 воздушного зазора.
В процессе срабатывания реле изменяется длина воздушного шора, а следовательно, и электромагнитное усилие, воздействующее на якорь. Зависимость электромагнитного усилия Fэ от длины воздушного зазора δ между якорем и сердечником называется тяговой характеристикой электромагнитного реле (рис. 7.4).
Так как после отключения обмотки реле части магнитопровода сохраняют некоторую намагниченность, обусловленную коэрцитивной силой, то при δ → 0 возможно «залипание» притянутого якоря под действием остаточного магнетизма стали. Для уменьшения этого притяжения, т.е. исключения «залипания», применяют немагнитный штифт (в виде наклепки или прокладки), который закрепляется на вертикальной части якоря напротив оси сердечника (см. рис. 7.2, а, б). С помощью штифта, толщина которого δ0= 0,1 мм, при притянутом якоре обеспечивается некоторый минимальный воздушный зазор δ > δ0, что облегчает отход якоря при выключении тока (так как создается достаточное магнитное сопротивление, которое уменьшает остаточный магнитный поток до минимального значения). Работа электромагнитного реле сводится к замыканию и размыканию контактных пружин, число которых в разных конструкциях реле колеблется в пределах 2... 16 и более.
Перемещению якоря по направлению к сердечнику в процессе притяжения противодействуют силы упругих элементов реле — возвратной и контактных пружин. При разных положениях якоря эти силы различны, т.е. противодействующие силы зависят от длины воздушного зазора 5. Зависимость механических (противодействующих) сил от длины воздушного зазора между якорем и сердечником Fм = f(δ) называется механической характеристикой реле. Силы, преодолеваемые якорем реле при его перемещении, изображаются, как правило, в виде ломаных линий.
В качестве примера рассмотрим построение механической характеристики реле с контактной группой, действующей на замыкание (рис. 7.5). В процессе работы реле якорь 3 сначала преодолевает натяжение спиральной пружины П, а затем после перемещения якоря на расстояние 8Ь являющееся холостым ходом, его плечо т производит подъем контактных пружин 1 и 2.
На горизонтальной оси механической характеристики в виде отрезка Оа откладывается расстояние δн(0) — между торцом сердечника и якорем в нерабочем состоянии реле, равное сумме холостого хода якоря 8Ь его рабочего хода δ2 + δ3, проекций отрезков еf и dс и длины штифта отлипания δ0. На оси ординат откладывается сила, которую преодолевает якорь при перемещении.
В отпущенном положении якорь испытывает лишь натяжение возвратной спиральной пружины (точка b), а контактные пружины удерживаются колодкой 4 и прижимаются к нему силой предварительного натяжения, что устраняет вибрацию контактов при обратном ходе якоря. Ордината аb характеризует усилие F0, действующее на якорь в исходном положении (и необходимое для его сдвига из начального положения).
На протяжении холостого хода якоря (участок δ1 происходит растяжение пружины П, причем нагрузка якоря равномерно растет — отрезок bс. Угол наклона а] характеризуется упругими свойствами пружины П. При соприкосновении упора, имеющегося на плече т, с нижней контактной пружиной 2 якорь преодолевает первоначальное натяжение этой пружины, несколько изгибая ее (участок cd). В точке d нижняя контактная пружина отходит от колодки, и якорь на участке dе преодолевает совместное сопротивление двух пружин (возвратной спиральной и нижней контактной). Угол наклона участка dе равен сумме двух углов α1 + α2, где α2 — угол, зависящий от упругих свойств нижней контактной пружины. Перемещение якоря на этом участке характеризуется абсциссой δ2.
С момента снятия нижней пружины с колодки происходит ее подъем до замыкания контакта между пружинами / и 2. После замыкания контакта (точка е) якорь начинает преодолевать предварительное натяжение верхней контактной пружины — участок еf. В точке/верхняя пружина снимается с колодки, и на участке fg якорь преодолевает противодействие трех пружин (двух контактных и одной спиральной). Угол наклона участка fg определяется суммой трех углов α1 + α2 + α3, где α3 - характеризуется упругими свойствами верхней контактной пружины. Для надежности замыкания контактов, которое теоретически произойдет в точке f, якорь должен дополнительно переместиться на расстояние δ3 (чтобы обеспечить необходимое контактное усилие порядка 2,6...5,1 Н). От последней построенной точки g проводится горизонтальная прямая gh, которая определяет длину штифта отлипания δ0.
Из построения нетрудно понять, что отрезки ломаной линии характеризуют отдельные элементы работы пружин. Для притяжения якоря реле необходимо, чтобы электромагнитное усилие Fэ на всем пути его движения было больше противодействующих сил. Для обеспечения этого условия тяговая характеристика реле (кривая А на рис. 7.5, б) должна располагаться немного выше его механической характеристики.
При расчете берут тяговую характеристику, соприкасающуюся с механической хотя бы в одной точке/(кривая В на рис. 7.5, б), координаты которой называются критическими. Намагничивающая сила F, обеспечивающая такое расположение характеристики, рассчитывается по критическому усилию Fкр и критическому зазору δкр.