книги / Элементы автоматики и счетно-решающие устройства

личивать его в отрицательном направлении до точки А, т. е. до величины /_ = /_ от, то изменение тока /~ соответствует кривой D—А

увеличении —/_ меняется незначительно. Следовательно, значение /_ = /_ от соответствует току «отпускания» схемы.

Полученное устройство обладает, как видно, характеристикой бесконтактного поляризованного реле, так как оно реагирует на

рел е

полярность управляющего сигнала. Чтобы получить характеристи­ ку, аналогичную характеристике электромагнитного нейтрального реле, необходимо применить дополнительную подмагничивающую обмотку с постоянным подмагничивающим током / 0. Тогда вся ха­ рактеристика, показанная на рис. 3.19, б, сместится вправо на ве­

личину /о.

Описанное бесконтактное реле, обладающее высокой чувстви­ тельностью (мощность срабатывания — до 10-12 вт), получает все

большое применение в автоматике. К недостаткам его работы от­ носится зависимость от колебаний напряжения, сопротивления на­ грузки и температуры окружающей среды.

3. 4. ТИРАТРОННЫЕ РЕЛЕ

3 .4.1. Основные свойства тиратронов

Тиратроном называется трехэлектродный газонаполненный (ионный) прибор. Вследствие наличия в тиратроне газа (неон, аргон и т. п.) и процесса ионизации его молекул (т. е. расцепле­ ния молекул на электроны и ионы) в результате столкновения с ними быстро перемещающихся под действием потенциала анода электронов анодный ток тиратрона может быть значительно боль­

шим, чем у обычной электронной лампы. Поэтому тиратрон может быть использован для управления относительно мощными процес­ сами без дополнительных электромагнитных реле. При мощности, срабатывания порядка 10_3 вт мощность управления тиратрона достигает 103 вт. Эти цифры удачно сочетаются с потребностями

автоматики, поэтому тиратроны получили самое разнообразное применение. Они используются в схемах автоматического управле^ ния и регулирования, в схемах быстрого счета, измерения малых

Рис. 3. 20. Характеристика зажигания (а) и схема релейно­ го включения (б) тиратрона

ность обычных электронных ламп. Время пуска (зажигания) тира­ трона составляет около 10-6 сек, а время выключения (гашения) Ю-5— 10-3 сек. Однако практическое значение это имеет только

при использовании тиратронов на переменных напряжениях очень высокой частоты; тиратрон также можно считать безынерционным прибором. Начало работы тиратрона, или, как говорят, его «зажи­ гание», происходит при определенной разности напряжений на его электродах, называемой потенциалом зажигания t/a.3. Потенциал

зажигания зависит от конструктивных и физических свойств тира­ трона, а также от величины напряжения Uc на сетке тиратрона.

Меняя величину t/c, можно управлять моментом зажигания тира­ трона.

На рис. 3. 20, а изображена типовая характеристика зажигания

тиратрона, т. е. кривая зависимости анодного напряжения t/a.3 от критического сеточного напряжения Uc.э, при котором происходит

зажигание тиратрона. При любой комбинации t/a.3 и t/c.3, соответ­ ствующей точке выше кривой зажигания (например, точке а при U ' и £/'а), тиратрон зажигается. Если же эта комбинация соот­

ветствует точке, лежащей ниже кривой зажигания (например, точ­

достичь уменьшением отрицательного потенциала на его сетке. При этом процесс зажигания происходит скачком при переходе Uc через точку, лежащую на характеристике зажигания; следова­

тельно, тиратрон может выполнять функции реле. Небольшое из­ менение Uc вызовет скачкообразное появление анодного тока. Это изменение Uc (ДUc на рис. 3. 20) в случае релейной работы тира­

трона не должно быть очень малым для предотвращения самостоя­ тельного зажигания тиратрона при смещениях (разбросе) харак­ теристики зажигания, могущих возникнуть вследствие температур­ ных, магнитных, частотных и подобных им влияний.

Характеристика зажигания для математичеоких расчетов может быть приближенно выражена (рис. 3.20, а) уравнением прямой ли­

нии, так как ее основной рабочий участок приблизительно прямо­ линеен:

с помощью сеточного напряжения заключается в том, что управ­

ляющее действие сетки прекращается после зажигания тиратрона, т. е. погасить зажженный тиратрон увеличением отрицательного смещения на сетке практически невозможно. Это объясняется тем, что при горении тиратрона вокруг его сетки, имеющей отрицатель­ ный потенциал, образуется так называемое «облако» из положи­ тельно заряженных ионов, экранирующее (нейтрализующее) по­ тенциал сетки и не позволяющее ему воздействовать на процессы © горящем тиратроне. Поэтому основные вопросы при использова­ нии тиратрона в качестве реле, связаны с построением схем, кото­ рые дают возможность управлять как зажиганием, так и гашением тиратронов.

Уравнение для анодной цепи тиратрона (рис. 3 .20,6), так же как и для электронной лампы, можно записать в виде

U=Ua+ IaR,

где t/a — падение напряжения на тиратроне. Однако ввиду особен­ ностей работы тиратрона физический смысл этого уравнения будет несколько другим. До зажигания тиратрона анодный ток / а = 0 и и й= и .

После зажигания тиратрона напряжение на нем Ua не зависит

от величины анодного тока и равно постоянной для данного тира­ трона величине UT (10—30 в). Это связано с тем, что при зажжен­

ном тиратроне нужно лишь поддерживать процесс ионизации в нем, для чего достаточно иметь напряжение Ua, несколько большее

При постоянном анодном напряжении схемы управления тира­ троном сложны, требуют тщательной регулировки и наличия двух тиратронов. Значительно большие преимущества дают схемы с пи­ танием анодов переменным напряжением. В этих схемах гашение тиратрона легко осуществляется с помощью управляющего напря­ жения на сетке, так как в течение каждого периода анодное на­ пряжение меняет знак и, значит, тиратрон автоматически гаснет при уменьшении анодного напряжения, если уменьшен потенциал его сетки. Кроме того, как будет показано ниже, величиной потен­ циала на сетке можно регулировать среднее значение анодного тока тиратрона. Рассмотрим наиболее употребительные способы управления тиратроном при переменном анодном напряжении.

3.4.2. Управление током через тиратрон при переменном анодном

ипостоянном сеточном напряжениях

На рис. 3. 22 показан один из вариантов схемы такого управле­ ния с полным питанием от источника переменного напряжения. Постоянное напряжение сеточного смещения получается от мосто­ вой выпрямительной схемы. Величина его регулируется движком

мени представлено кривыми в на рис. 3.23. Способ построения кри­ вых в, представляющих собой зависимость сеточного напряжения

зажигания t/c.3 от мгновенных значений анодного напряжения, ясен из графика (рис. 3.23,6). Для определения моментов зажигания тиратронов отложим на этом графике прямую Uc.3= Uco реально

приложенного к сетке тиратрона напряжения смещения. Очевидно, что зажигание тиратрона произойдет в момент времени t\, соответ­ ствующий точке А пересечения прямой С/с.з=^со с новой кривой

зажигания. До этой точки анодное напряжение слишком мало, и для зажигания тиратрона потребовалась бы меньшая величина отрицательного смещения Ucо- В течение остальной части положи-

Увеличивая — Ucо, можно менять угол 0 от я до я/2 (при даль­ нейшем увеличении — Ucо тиратрон совсем не зажжется), т. е.

плавно изменять величину среднего анодного тока в пределах от

3.4.3. Управление током через тиратрон при переменных анодном и сеточном напряжениях

В этом случае оказывается, что возможность управления мо­ ментом зажигания и величиной среднего анодного тока тиратрона зависит не только от амплитуды Ucm переменного напряжения на сетке ис = Ucm sin (a t—ф), но и от его угла сдвига фазы <р по отно­ шению к переменному анодному напряжению u=Umsin со t. Чтобы

уяснить себе эту зависимость, обратимся к графикам, изображен­ ным на рис. 3. 24, построенным для четырех значений фазового угла <р:

Кривые зажигания и способ их построения останутся теми же, что и для рис. 3. 23, но напряжение на сетке синусоидально и мо­ менты зажигания будут другими. Для случая <р=0 легко заметить, что зажигание всегда будет происходить .почти в начале полупериода и момент зажигания, а значит, и величина среднего анодного тока почти не будут зависеть от амплитуды ыс, т. е. всегда /о^/ота*. В этом случае регулирование момента зажигания и величины / 0 из­ менением амплитуды ис практически невозможно.

чину Среднего аНОДНОГО ТОКа ОТ /о max ДО /о т а х /2 .

При <р=я следует различать два случая. Если Ucm^>UCianl, то

тиратрон практически не будет зажигаться совсем, так как кривая ис не будет иметь точек пересечения с кривой зажигания. Если U<lm меньше Uc.3m, то регулирование возможно в пределах изменений

угла зажигания со приблизительно от 0 до я/2, т. е. изменения

Рис. 3.24. Амплитудное регулирование тиратрона при раз­ ных <р

среднего анодного тока от /оmax до /отах/2. При дальнейшем уве­ личении <р кривая ыс оказывается выше кривой зажигания и до Ф~2я регулирование практически невозможно, так как независи­ мо от величины Ucm тиратрон мгновенно зажигается и средний

анодный ток всегда равен /оmaxЭто иллюстрируется графиком для промежуточного случая ф=Зя/2.

Таким образом, регулирование среднего анодного тока измене­ нием амплитуды переменного сеточного напряжения возможно лишь при ф=0ч-я, а практически дает заметный эффект в еще

т. е. изменением ф при постоянном Ucm. Способ фазового регули­

рования оказался даже более удобным в некоторых случаях (на­ пример, для следящих систем, когда изменением угла поворота проще менять фазу, чем амплитуду переменного напряжения) и нашел широкое применение в автоматике.

Характеристику фазового регулирования тиратрона, т. е. зави­ симость среднего анодного тока от угла ф, легко получить, Нели рассмотреть изображенные на рис. 3.24 процессы при плавном

изменении ср (а не через я/2). Такая характеристика для практи­ чески применяемого соотношения Ucm^>Uc.3m показана на рис. 3. 25.

При необходимости плавного регулирования тока /о используется участок характеристики от <р = 0 до <рл*л. При использовании тира­ трона в качестве реле, т. е. при необходимости скачкообразного изменения /о, используется участок характеристики вблизи <р = я.

Рис. 3.25. Характеристика фазового регулиро­ вания тиратрона

На практике встречаются и более сложные схемы смешанного регулирования при одновременном изменении и ф и Ucm. При этом

можно видоизменять приведенный на рис. 3.25 характер зависи­ мости /о от ф. Для создания фазового сдвига ф можно применять схему, представленную на рис. 2.1.

3.4.4. Использование тиристоров

Тиристор (полупроводниковый триод с четырехслойной струк­ турой р—п—р—п или п—р—п—р) по своим свойствам является

полупроводниковым аналогом тиратрона и все особенности исполь­ зования тиратронов справедливы и для использования тиристоров. Обычный тиристор имеет (рис. 3.26, а) три электрода, аналогич­

ные аноду (А), катоду (К) и сетке (С) тиратрона. При отсутствии потенциала Uc на сетке и постепенном увеличении напряжения И питания ток / т тиристора вначале очень мал. Когда напряжение U становится больше напряжения отпирания t/0T,о тиристора, ток /т резко увеличивается. Напряжение отпирания U0т уменьшается при подаче на сетку тиристора положительного потенциала Uc,

следовательно, при постоянном £ /< £/0т,о отпирание тиристора мож­ но осуществить включением потенциала Uc.

Аналогично тиратронам обычные тиристоры не могут быть за­ перты изменением потенциала сетки и поэтому используются, как

ного напряжения и, если снять потенциал с сетки, больше не ото­ прется.

Время отпирания тиристоров порядка десятых долей микросе­ кунды, а время запирания порядка нескольких микросекунд. Па­

дение напряжения на отпертом тиристоре порядка одного вольта, что позволяет использовать их в низковольтных схемах. Меняя потенциал сетки тиристора при переменном напряжении питания! можно изменять момент отпирания тиристора, а следовательнс/, и постоянную составляющую его тока / т.

В последнее время разработаны двухоперационные тиристору, значительно более удобные для использования в релейных схемах. В таких тиристорах, условное обозначение которых показано на рис. 3.26, б, выключение осуществляется изменением полярности

Рис. 3. 26. Схема включения и условное обозначение тиристора (а) и схема реле на двухоперационном тиристоре (б)

потенциала сетки. Простейшая релейная схема с двухоперацион­ ным тиристором приведена на рис. 3.26,6. Если U<U0т,о, то при подаче входного сигнала UBX одной полярности тиристор отпира­

ется, а при другой полярности — запирается. В случае сигнала прямоугольной формы можно обойтись и без изменения его поляр­ ности/ используя с помощью дифференцирующей цепочки R—С

передний фронт сигнала для отпирания (положительный импульс), а задний для запирания (отрицательный импульс) двухоперацион­ ного тиристора.

Глава IV

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Исполнительные элементы предназначены для воздействия (не­ посредственно или через регулирующий орган) в заданном направ­ лении на регулируемый процесс (в системах регулирования и уп­ равления) или перемещения индикатора (в системах измерения

НО