книги из ГПНТБ / Кукушкин В.К. Электромагнитные реле постоянного тока учебное пособие

ВВЕДЕНИЕ

0. 1. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Элементы в сложных автоматических устройствах мо­ гут быть разбиты на три группы:

1. Приемные элементы (их иногда называют первичны­ ми). Эти элементы воспринимают сигнал управляющего параметра и, в свою очередь, управляют промежуточными устройствами системы автоматики.

2. Промежуточные элементы. С помощью этих элемен­ тов производится усиление, преобразование, распределение и передача воздействия на расстояние. Кроме того, про­ межуточные элементы могут поддерживать постоянство отдельных параметров.

3. Исполнительные (конечные) элементы. Эти элементы

и производят необходимое изменение выходного пара­ метра.

Простейшими и основными элементами систем автома­ тики являются элементы, которые устанавливают простую

значения лгср происходит скачкообразное изменение пара­ метра л;вых от минимального значения JcBbIXi до макси­

мального значения х:вых„ , которое при дальнейшем уве-

3

личении х вх остается неизменным. В случае уменьшения х вх от своего максимального значения при х вх = х отп происхо­

элементы, осуществляющие автоматическое скачкообраз­ ное управление, называют реле.

В общем случае реле имеют три основных органа (рис. 0.2). Воспринимающий (чувствительный, приемный) орган В воспринимает воздействие входного сигнала х вх и передает

Вп

Рис. 0.2.

это воздействие в гой или иной форме промежуточному органу П. Последний сравнивает воспринятую величину воздействия с заданными значениями параметров х вх; =

= хср ; хВХо = хотп (см. рис. 0.1) и передает его исполни­

мального до максимального значения или, наоборот, от максимального до минимального.

В случае непрерывной зависимости между входным и выходным параметрами осуществляется непрерывная функ­ циональная связь х вых(хвх ) и каждому значению х вх соот­

ветствует свое значение выходного параметра х вых. Зави­ симость между величинами хных и х вх либо однозначная

(рис. 0.3., кривая /), либо различная при возрастании и убывании А'вх . В этом случае имеет место гистерезис

в характеристике управления.

Элементы, осуществляющие непрерывное управление заданным параметром хвых в функции от параметра x BX t

называются датчиками.

Датчики являются приемными элементами систем авто­ матики и телемеханики и служат для преобразования управляющей физической величины, подаваемой на вход системы, в другую физическую величину иного или того

4

Обычно процессы, на кото­ рые воздействует выходной па­

раметр гсвых, бывают механическими (включая сюда гид­

равлические и газовые процессы) или электрическими. Поэтому выходной параметр хВЬ1Х является либо механи­

ческим параметром (силой, скоростью, перемещением), либо электрическим (напряжением, током, частотою, мощ­ ностью или фазой). Исполнительные органы произ'водят тем или иным путем их изменения.

Воспринимающие органы под воздействием парамет­ ра гсвх изменяют свои электрические, тепловые, оптические,

механические и т. п. параметры. Это изменение является мерой воздействия хвх . Оно сравнивается в промежуточ­

ном органе реле или датчика с аналогичным по роду фи­ зическим параметром, значение которого является этало­ ном для величины воздействия на исполнительный орган. Чаще всего используется изменение механических харак­ теристик воспринимающих органов под воздействием л:вх

Вместе с тем используется изменение и других характе­ ристик, например электрических. Однако целесообразно использовать в воспринимающем органе изменение именно тех физических характеристик, которые соответствуют управляющему физическому процессу. Это позволяет соз­ давать реле и датчики без промежуточных преобразований воздействий внутри них. Кроме того, упрощается конст­ рукция реле и датчиков, так как воспринимающий и испол­ нительный органы в такой конструкции сливаются, а про­ межуточный орган устраняется.

Сравнение воспринимаемого значения х вх с заданным

осуществляется воспринимающим органом. С этой целью в последний вводятся дополнительные приспособления и используются какие-либо особенности характеристики воспринимающих органов (например, нелинейность харак­ теристик).

5

Вследствие того, что параметры х як и л;вых могут быть

представлены в виде любых физических величин, то в общем случае возможны любые преобразования внутри реле и датчиков одного рода воздействия в тругой. При этом преобразуется одна физическая форма энергии в другую (механическая в электрическую, тепловая в элек­ трическую и т. д.). Не исключено, что в случае совпаде­ ния физических форм энергии на входе и выходе элемента внутри него энергия принимает другие промежуточные формы.

Промежуточные элементы систем автоматики имеют воспринимающие и исполнительные органы, аналогичные таковым у реле и датчиков. Однако они имеют в общем случае весьма развитые промежуточные органы, в которых и происходит необходимое преобразование.

Исполнительные элементы являются теми же, но более мощными реле и датчиками, способными управлять боль­ шими мощностями.

Реле и датчики можно классифицировать по роду вос­ принимаемых физических явлений, по параметрам, воспри­ нимаемым чувствительным элементом, по принципу дей­ ствия воспринимающих, промежуточных и исполнительных органов.

По виду энергии (по роду воспринимаемых физических явлений), на которую реагирует воспринимающий орган, реле и датчики делятся на электрические, тепловые, опти­ ческие, акустические, механические, пневматические и гидравлические.

Развернутая классификация всех видов автоматической и телемеханической аппаратуры дана в [1|.

Ниже приводится классификация электрических реле и датчиков по двум основным признакам.

По принципу устройства воспринимающих органов электрические реле и датчики делятся на:

— электромагнитные; магнитоэлектрические;

- электродинамические;

—индукционные; электронные и ионные; магнитострикционные;

—электрострикционные;

—электротермические;

—электрохимические.

Взависимости от рода управляющего тока реле и дат­ чики делятся на реле и датчики постоянного и перемен­ ного тока.

С

Помимо общих классификаций, реле и датчики класси­ фицируются также по целому ряду признаков и особен­ ностей применения и работы.

0.2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РЕЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Электромагнитным реле называется такое реле, в кото­ ром под действием магнитного поля катушки с током пе­ ремещается якорь, замыкающий или размыкающий кон­ такты. В специальных электромагнитных реле якорь воз­ действует на гидравлические или пневматические цепи.

Электромагнитные реле являются одним из важнейших элементов автомики. Они широко применяются во многих системах автоматики и телемеханики.

Принцип действия электромагнитных реле постоянного тока, как и всех других электромагнитных механизмов, основан на использовании взаимодействия ферромагнитно­ го тела с внешним магнитным полем.

Все электромагнитные реле в зависимости от способа создания магнитного потока и характера намагничивающей силы подразделяются на две большие группы.

К первой группе относятся так называемые нейтраль­ ные электромагнитные реле (рис. 0.4). Рабочий поток в этих реле создается с помощью обмотки. Электромагнит­ ная сила, действующая на якорь, зависит от величины этого потока и не зависит от его направления, а, следо­

вательно, и от направле­ ния тока в обмотке. При отсутствии тока магнит­ ный поток практически равен нулю и на якорь не действует сила при­

тяжения.

Ко второй группе относятся поляризован­ ные электромагнитные

реле (рис. 0.5). Они ха­ рактеризуются наличием двух независимых потоков: по­

ляризующего (Фп ) и управляющего (Фу ).

Поляризующий магнитный поток в большинстве слу­ чаев создается с помощью постоянных магнитов. Иногда для этой цели используют специальные обмотки, по кото­ рым протекает постоянный во времени ток.

Поток управления создается намагничивающей силой тока управления, протекающего по рабочей (управляющей) обмотке. При отсутствии тока в рабочей обмотке в маг­

7

нитной цепи сохраняется поляризующий магнитный поток. Направление движения якоря поляризованного реле зависит от направления управляющего потока относительно поляризующего, т. е. направления тока в обмотке управ­

ления.

Действие реле в момент, когда происходит изменение выходного параметра д:ВЬ1Х от своего минимального зна­

чения до максимального (см. рис. 0.1), называется сраба­ тыванием реле. Обратное действие реле при изменении выходного параметра от максимального значения до ми­ нимального называется отпусканием (^возвратом) реле. Соответственно этому параметры двх ~ хср и л'вх = лотп

называются параметрами срабатывания и отпускания. Отношение

-Готц-

называется коэффициентом возврата. Е>о значение всегда меньше единицы вследствие магнитного гистерезиса ферро­ магнитных участков магнитной цепи реле.

Входному параметру х:ср соответствует мощность сра­ батывания Рср , которую необходимо подвести к реле для

приведения в действие исполнительного механизма. Макси­ мально,му значению выходного параметра также соответ­ ствует некоторая мощность управляемой цепи, которую могут длительно пропускать контакты при многократном включении и выключении. Эта мощность называется мощ­ ностью управления Ру .

8

Отношение мощности управления к мощности сраба­ тывания называется коэффициентом управления ку

Его значение показывает, во сколько раз мощность управляемого сигнала больше мощности управляющего в момент изменения выходной величины.

Отношение установившегося значения тока в рабочей обмотке ( 1у ) к величине тока, при котором якорь реле

начинает свое движение (/.тр), называется коэффициентом

запаса по току к.л ■

Обычно каждое электромагнитное реле, а также любое электрическое, характеризуется конкретными значениями управляемой и управляющей мощности, коэффициента управления и временем срабатывания, т. е. временем от момента подачи входного сигнала до момента, когда вы­ ходной параметр достигнет своего максимального значе­ ния. Примерные пределы этих величин для реле различ­ ных типов приведены в таблице

Среди всех реле, различающихся по принципу дейст­ вия воспринимающих органов, электромагнитные реле получили наибольшее распространение. Это объясняется их благоприятными характеристиками и наибольшей эко­ номичностью.

Благодаря возможности создания большого разнообра­ зия возможных конструктивных схем эти реле могут быть легко приспособлены к различным условиям работы.

По величине потребляемой мощности при срабатыва­ нии реле можно классифицировать на высокочувстви­ тельные (Яср<10 .иа/п), чувствительные (Рср<100 мет) и

9