Файл: Основы автоматического управления..pdf

Для высокочувствительных реле применяются контактные давле­ ния порядка 1 -ь 2 гс, для реле с меньшей чувствительностью 5-ь 10 гс и для обычных малочувствительных реле (типа теле­

фонных) 20 -ь 50 гс.

Кроме рассмотренного поворотного электромагнитного реле, называемого так вследствие поворотной конструкции якоря, широко распространены электромагнитные реле втяжного (плун­ жерного) типа (рис. 9.7.3) [67]. Реле втяжного типа имеет те же составные части, что и поворотное реле. Поэтому номера частей реле на рис. 9.7.3 соответствуют номерам частей реле на рис. 9.7.1.

Реле можно создать не только с помощью электромагнита, но и на электронных лампах, кристаллических триодах, магнитных усилителях и других устройствах. В соответствии’с этим разли­ чают электромеханические, электронные, ионные и магнитные

реле. К электромеханическим относятся электромагнитные, маг­ нитоэлектрические и электродинамические реле. Электронные реле можно построить на вакуумных лампах и на кристалличе­ ских триодах. Ионные реле реализуются на тиратронах.

(рис. 9.7.3). При подаче напряжения ивх на управляющую об­ мотку реле в ней возникает ток і, в результате чего в сердечнике создается магнитный поток и на якорь начинает действовать сила притяжения. В момент, когда эта сила станет равной силе пру­ жины, якорь начинает двигаться и через некоторое время замы­ кает контакты. Дойдя до упора, якорь останавливается и остается в этом положении до тех пор, пока напряжение ивх на управляю­ щей обмотке не будет снято. После того как напряжение ивх ста­ нет равным нулю, ток в обмотке реле начинает уменьшаться, вследствие чего начинает уменьшаться и сила притяжения якоря к сердечнику. В момент, когда сила притяжения сравняется с действующей в противоположном направлении силой пружины, якорь начнет движение и через некоторое время разомкнет кон­ такты. После этого якорь будет продолжать движение до упора.

Время с момента подачи напряжения на обмотку реле до мо­ мента начала движения якоря называется временем трогания. Ток в катушке гср, при котором якорь начинает движение, назы­ вается током срабатывания. Время от момента подачи напряже­ ния ивх до момента замыкания контактов Тср называется временем

трогания при отпускании. Время Тот с момента снятия напря­ жения ивх до момента размыкания контактов реле называется временем отпускания реле. Ток в катушке г'от, при котором начи­ нается движение якоря под действием пружины, называется током отпускания. Величины ТѴр, Гср, Ттр.0, Тот, а также время

368 ГЛ . 9. Н Е Л И Н Е Й Н Ы Е Э Л Е М Е Н Т Ы А В ТО М А ТИ ЧЕСКИ Х СИСТЕМ

Tw движения якоря до упора при включении и время Тдв_0 дви­ жения якоря до упора при отпускании являются основными вре-

менньіми характеристиками реле.

Для вычисления временных характеристик реле необходимо составить уравнение движения якоря и уравнение изменения тока в катушке и интегрировать их совместно. Для составления уравнения движения якоря необходимо сначала найти силу при­ тяжения якоря к сердечнику. Для этого напишем уравнение, определяющее ток в катушке:

где R и L — омическое сопротивление и индуктивность катушки соответственно. Изменение индуктивности L с течением времени вызывается изменением величины воздушного зазора х при дви­ жении якоря реле, как это следует из формулы

где Rfi — сумма магнитных сопротивлений магнитопровода и яко­ ря, S — площадь сечения магнитного потока в воздушном зазоре, w — число витков обмотки. Для определения силы притяжения, действующей на якорь, умножим уравнение (9.7.1) на ток і и про­

Выполняя во втором члене правой части интегрирование по частям, получаем соотношение, выражающее закон сохранения энергии:

Левая часть этого равенства есть энергия, полученная от входного сигнала. Первый член правой части представляет собой количе­

Последний член в правой части есть энергия, затраченная на изме­ нение индуктивности. Но изменение индуктивности происходит только за счет перемещения якоря. Следовательно, последний член в правой части формулы (9.7.4) равен механической энергии:

оо

370 Г Л . 9. Н Е Л И Н Е Й Н Ы Е Э Л Е М Е Н Т Ы А В ТО М А ТИ ЧЕСК И Х СИСТЕМ

На рис. 9.7.6 приведена кривая изменения тока при включе­ нии и выключении реле, полученная экспериментально. Постоян­ ные времени соответствуют максимальному и минимальному зна­ чениям индуктивности Гшах = Lmax!R, Ттіа = Lmin/R.

Перейдем к изучению динамических свойств реле как элемента автоматической системы. Время срабатывания и время отпускания реле обычно бывают достаточно малыми, чтобы ими можно было пренебречь по сравнению с временами переходных процессов в дру­ гих элементах и цепях автоматических систем. В таких случаях можно пренебречь индуктивностью в уравнении (9.7.1), т. е.

электрической постоянной времени катушки реле Т = L/R, и временем движения якоря и считать, что контакты реле мгновен­ но замыкаются, когда входное напряжение ивх достигает значе­ ния uCp = Riep, и мгновенно размыкаются, когда ивх, уменьшаясь, достигает значения нот = R i0т. Таким образом, реле рассмотрен­ ного типа можно приближенно считать безынерционным нели­ нейным звеном с характеристикой, изображенной на рис. 9.7.7. Если временем срабатывания и временем отпускания прене­ бречь нельзя, то их обычно учитывают как запаздывание включе­ ния и выключения выходного напряжения иВЪ1Х. В таких случаях реле можно рассматривать как последовательное соединение идеального запаздывающего звена с данным запаздыванием т и безынерционного нелинейного звена с характеристикой, изобра­ женной на рис. 9.7.7.

Рассмотренное электромагнитное реле не реагирует на знак сигнала, вследствие чего оно называется нейтральным. В системах управления, где необходимо различать знак сигнала, применяют поляризованные реле, которые замыкают одни или другие кон­ такты в зависимости от полярности управляющего напряжения, т. е. реагируют не только на величину, но и на знак входного сигнала.