Файл: Основы автоматизации производства.doc

Рис. 25. Полупроводниковые реле (триггеры):

а – с параллельной обратной связью по выходному напряжению; б – с последовательной обратной связью по току

При U_вх > U_ср состояние каждой схемы скачкообразно изменяется на обратное. Так, в схеме на рис. 25, а транзистор V1 запирается источником напряжения управления. Транзистор V2 насыщается, и нагрузочный резистор R_н соединяется с источником питания. В схеме, приведенной на рис. 25, б, транзистор V1 открывается напряжением источника питания, а транзистор V2 закрывается, и ток в нагрузке R_н прекращается. В новом устойчивом положении он удерживается до тех пор, пока U_вх  U_от, после чего скачкообразно возвращается в исходное состояние.

Рассмотренные реле подобны по своим свойствам электромагнитным с соответственно замыкающими и размыкающими контактами. Транзисторные реле имеют значительное усиление по мощности, поэтому их используют для управления работой импульсных регуляторов.

Работа электротепловых реле основана на выделении теплоты при прохождении электрического тока. Наибольшее распространение получили тепловые реле с биметаллическим элементом. Биметаллический элемент состоит из двух соединенных сваркой пластин, одна из которых имеет большой температурный коэффициент расширения. Если нагреть такой элемент, то он изогнется в сторону материала с меньшим коэффициентом расширения. Биметаллический элемент может нагреваться за счет теплоты, выделяемой в пластине протекающим током или специальным нагревателем.

Тепловые реле предназначены для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором от перегрузки. Реле защищает двигатель при сравнительно небольших, но продолжительных перегрузках. Наибольшее распространение получили реле серии ТРН, которыми комплектуются магнитные пускатели.

В схемах автоматического управления электроприводами для пуска, торможения, остановки, контроля за исправностью и предельной частотой: вращения, регулирования частоты вращения применяют реле частоты вращения, в конструкции которых использованы принципы механических, электромеханических, электровакуумных (например, фотореле) и других приборов.

Рассмотрим схему фотоэлектронного реле (рис. 26).

Рис. 26. Схема фотоэлектронного реле

Поскольку мощность получаемого сигнала от фотоэлемента очень мала, его предварительно усиливают, а затем подают на электромагнитное реле, контактную систему которого используют для включения управляющих устройств оборудования. Питание схем осуществляется переменным током через трансформатор Т.

В течение отрицательных полупериодов изменения напряжения на анодах лампы V и фотоэлемента В анодный ток отсутствует независимо от интенсивности освещения фотоэлемента. При положительных полупериодах и освещенном фотоэлементе фотоны создают на резисторе R_c падение напряжения и в лампе возникает анодный ток, вызывающий срабатывание реле K.

Для устранения пульсации реле параллельно его обмотке включают конденсатор С. Для настройки срабатывания реле в зависимости от интенсивности Освещенности используется переменный резистор R.

В литейном производстве фотореле применяют для включения исполнительных механизмов систем автоматизации формовочных машин и выбивных устройств.

2. Реле времени

Реле времени – это элементы автоматики, предназначенные для получения заданной выдержки времени при включении-выключении, цепей управления.

В зависимости от метода получения выдержки времени различают механические, электромеханические, электрические, тепловые, пневматические и другие реле времени. Они отличаются видом управляющего сигнала и устройством замедляющего элемента.

Для получения сравнительно небольшой выдержки времени применяют схемы замедления с использованием исполнительных реактивных элементов (резистора, диода или конденсатора).

Рис. 27. Схемы увеличения времени выдержки реле:

а – с резистором R; б – с диодом V; в – с конденсатором С

Простейшие схемы для получения выдержки времени до 5 с, позволяющие замедлить нарастание или спадание токов в обмотке реле постоянного тока» показаны на рис. 27. Параллельно обмотке реле К можно включить резистор R, полупроводниковый диод V, конденсатор С, как это показано соответственно на рис. 27, а–в.

Шунтирование репе резистором или диодом дает возможность после отключения ключа S поддержать протекание тока в обмотке реле, что позволяет получить выдержку времени при отпускании. Изменением сопротивления R и емкости С (рис. 27, а, в) можно в широких пределах менять время задержки срабатывания реле.

Для создания выдержки времени больших размеров применяют электромагнитные, электронные, контактные и другие реле времени. Выдержка времени у электромагнитных реле осуществляется с помощью различных устройств, встраиваемых в реле. Так, задержка времени может осуществляться демпфированием специальной короткозамкнутой обмоткой, изготовленной из меди, латуни или алюминия, установленной на магнитопроводе. При выключении тока в короткозамкнутой обмотке индуцируются ЭДС и магнитный поток, направляемый в' ту же сторону, что и поток в рабочей обмотке реле. Поэтому суммарный поток уменьшается не столь быстро, и якорь удерживается в течение 10 с. Выдержка времени у этих реле зависит от толщины немагнитной прокладки между якорем и магнитопроводом и натяжения пружины.

В автоматических устройствах часто требуются большие выдержки времени, для этих целей широко применяют электродвигательные и электронные реле времени.

В электродвигательных реле времени управляющий сигнал приводит к включению электродвигателя, который через редуктор поворачивает диск контактного устройства. Необходимая выдержка времени обеспечивается начальной установкой этого диска по отношению к неподвижным контактам. Привод этого реле осуществляется от синхронного двигателя. Промышленность выпускает различные типы электродвигательных реле.

Например, реле серии ВС-10 имеет пределы выдержки 2 ... 60 с, а реле серии ВС-10-38 1 ... 29 ч.

Электронные реле времени имеют большую точность и стабильность при диапазоне выдержки 0,01 ... 20 мин и более. В реле используют электронные лампы или транзисторы.

3. Контактные аппараты управления

Для коммутации силовых цепей и цепей управления систем автоматики применяют разнообразные электромеханические аппараты, имеющие подвижные контакты для соединения электрических цепей, и бесконтактные аппараты, в которых отсутствуют подвижные устройства, а электрическая цепь создается за счет гальванических связей и электронно-ионной проводимости полупроводниковых и электронных элементов. В литейных и термических цехах наибольшее распространение получили электромеханические аппараты общетехнического применения. Их можно разделить на две основные группы: аппараты ручного (неавтоматического) управления и аппараты автоматического управления.

Аппараты ручного управления приводит в действие оператор, обслуживающий автоматизированные установки. К этой группе относятся кнопки управления и кнопочные станции, рубильники, пакетные и универсальные переключатели и т. д.

Аппараты автоматического управления приходят в действие от электрических сигналов (команд), подаваемых первичными преобразователями и командными аппаратами, на которые первоначально может воздействовать оператор. К их числу относятся шаговые искатели, командоаппараты, контроллеры и пускатели, бесконтактные аппараты и др.

По роду тока аппараты управления подразделяют: по коммутации – аппараты постоянного и переменного тока; по приведению в действие – с катушками на постоянном или переменном токе.

Основной недостаток контактных аппаратов управления – образование в процессе коммутации электрической искры или дуги между контактами. От этого недостатка свободны бесконтактные аппараты, в которых отсутствуют подвижные электрические контакты. Поэтому основной технической характеристикой каждой контактной системы является ее допустимая разрывная мощность.

Кнопки управления представляют собой электрические аппараты с ручным (или ножным) приводом. Кнопки управления бывают с самовозвратом, с защелкой, с сигнализацией и др.

В схеме кнопки управления типа КУ (рис. 28) подвижные контакты 3 кнопки механически связаны со стержнем толкателя 1, при нажатии на который происходит замыкание подвижных контактов 3 с неподвижными 4. При отпускании толкателя он возвращается в исходное положение под воздействием возвратной пружины 2. Кнопочный механизм заключен в корпус 5.

Рис. 28. Кнопка управления

Кнопки управления различных конструкций и назначений подразделяют по числу замыкающих и размыкающих контактов (от 1 до 4) и по виду защиты от воздействия окружающей среды (открытые, защищенные, герметические и взрывобезопасные).

Комплект кнопок, размещенных в общем корпусе, называют кнопочной станцией.

Для удобства обслуживания головки штифтов (кнопок) могут снабжаться надписями «Пуск», «Стоп», «Вперед» и т. п. Их окрашивают в различные цвета (кнопка «Стоп» – как правило, в красный цвет).

Рубильники, универсальные и пакетные переключатели относятся к группе аппаратов с ручным приводом и по своей конструкции являются аппаратами открытого типа.

Простейшим видом устройства для замыкания и размыкания электрических цепей является выключатель «рубящего» типа или рубильник. Рубильники подразделяют по номинальному току, по числу полюсов (двух- и трехполюсные), по роду привода (с центральной рукояткой или с боковой рукояткой, с центральным или боковым рычажным приводом). Их применяют для ручной коммутации электрических цепей постоянного и переменного тока с номинальным напряжением до 500 В.

Универсальные переключатели выпускают открытого, защищенного, герметического и взрывобезопасного исполнения и различают по числу секций и по числу коммутационных положений. Они предназначены для ручного переключения цепей управления напряжением до 400 В постоянного и до 500 В переменного тока промышленной частоты с силой тока до 20 А.

Пакетные переключатели (ПП) и включатели (ПВ) состоят из изолированных секций (пакетов), в пазах которых находятся контактные ножи. При определенном положении рукоятки неподвижные контакты могут соединяться между собой подвижными контактными ножами. Собирая пакеты с подвижными контактными шайбами и располагая их различным образом по отношению к неподвижным контактам, можно получать разнообразные схемы.