Файл: Основы автоматического управления..pdf

приведена характеристика кривой намагничивания для феррито­ вого сердечника. Наибольшее распространение магнитные гистере­ зисные элементы получили в вычислительной технике и в импульс­ ных системах автоматики [60]. На рис. 9.7.17 приведена схема бесконтактного реле, применяемого в качестве элемента памяти в вычислительных машинах. На ферритовый сердечник, имеющий прямоугольную петлю гистерезиса, намотаны три обмотки: іѵу, Wi, w2. Схема приводится в исходное положение, соответствующееотрицательной остаточной индукции — В г, импульсом тока іи поступающим в обмотку wt. Если в обмотке wy импульса тока нет, то система сохраняет свое состояние. При подаче импульса тока іу в обмотку Wy система пере­

водится в состояние с остаточной индукцией + В Т. Два устойчивых положения бесконтактного реле соответствуют числам 0 и 1 дво­ ичной системы счисления, широ­ ко применяемой в вычислитель­ ных машинах. Таким образом, знак остаточной индукции опре­ деляет цифру 0 или 1. Для счи­ тывания из ячейки памяти со­ ответствующей цифры в обмотку Wi снова подается импульс тока

сопровождается появлением импульса э. д. с. в выходной обмотке сердечника. Эта э. д. с. и позволяет определить, что в ячейке памяти была записана единица.

Бесконтактные реле характерпы высокой надежностью, малы­ ми габаритами и высоким быстродействием. Поэтому они являются перспективными элементами систем управления.

В автоматических системах управления нашли широкое приме­ нение тпиратпронные реле благодаря их высокой чувствительности и большой надежности. У тиратронных реле мощность выходного сигнала может достигать 10s Вт при мощности входного сигнала ІО'3 Вт.

Основным элементом тпратронного реле является тиратрон — трехили четырехэлектродная лампа, наполненная неоном, арго­ ном или парами ртути. В тиратроне за счет термоэлектронной эмиссии катода происходит ионизация молекул газа. Для управ­ ления анодным током служит сетка. Однако действие сеточного напряжения на изменение анодного тока в тиратроне существенно отличается от аналогичного действия в вакуумных лампах. Управляющее действие сетки тиратрона заключается в создании

378 ГЛ . 9. Н Е Л И Н Е Й Н Ы Е Э Л Е М Е Н Т Ы А ВТО М А ТИ ЧЕСК И Х СИСТЕМ

дополнительного (обратного анодному) электрического поля меж­ ду сеткой и катодом, благодаря которому становится невозможной полная ионизация молекул газа. Поэтому при напряжении на сетке, меньшем напряжения зажигания исз, сетка играет роль экрана, препятствующего распространению ионизации газа на все пространство между анодом и катодом. В этом случае суще­ ствует динамическое равновесие между числами образующихся в единицу времени ионизированных и рекомбинированных моле­ кул (нейтральных молекул, образовавшихся при соединении свободных электронов с ионами). При достижении ис напряжения

иса это динамическое равновесие нарушается, начинается лавино­ образный процесс ионизации газа между катодом и анодом, и тира­ трон зажигается. Время лавинообразного процесса (зажигания) длится 10-6-^ 10-4 с. Ток в цепи анода, протекающий после зажи­ гания тиратрона, определяется потоком электронов и ионов. Поэтому при одинаковом токе накала анодный ток тиратронов в несколько раз больше анодного тока вакуумных ламп. В мо­ мент зажигания тиратрона его внутреннее сопротивление скачком падает и соответственно возрастает анодный ток. Поэтому зави­ симость, связывающая сеточное напряжение с анодным током, представляет собой специфичную релейную характеристику. Падение напряжения на горящем тиратроне не зависит от величины анодного тока и является постоянным для данного типа тиратрона при постоянных напряжении источника питания и температуре окружающей среды. Параметры зажигания и горения тиратрона определяются характеристикой зажигания (рис. 9.7.18, а) и вольтамперной характеристикой (рис. 9.7.18, б). Характеристика тира­ трона, связывающая входную и выходную переменные, показана на рис. 9.7.18, в.

После зажигания тиратрона сетка теряет свое управляющее свойство. Поэтому изменением напряжения на сетке тиратрон погасить нельзя, даже при подаче отрицательного потенциала, пре­ вышающего в несколько раз первоначальный потенциал запира­ ния. Это происходит потому, что положительные ионы газа, запол-

няющие после зажигания тиратрона все внутреннее пространство, окружают сетку со всех сторон и, подходя к ней, присоединяют недостающий электрон, превращаясь в нейтральные молекулы газа, которые благодаря тепловому движению будут уходить от сетки, уступая место другим ионам. Такой процесс рекомбинации нейтрализует влияние электрического поля сетки тиратрона. Для его гашения необходимо или разорвать анодную цепь, или умень­ шить анодное напряжение до напряжения гашения. Практиче­ ски в простых схемах применяемых тиратронных реле для гаше­ ния чаще всего используют питание анодной цени переменным

Рис. 9.7.19. Рис. 9.7,20,

током или применяют конденсатор, создающий при разряде в анод­ ной цепи противоэлектродвижущую силу, уменьшающую иа до напряжения гашения.

Рассмотрим две типовые схемы тиратронных реле: а) импульс­ ного реле с питанием анодной цепи постоянным током (рис. 9.7.19) и б) реле переключения с питанием анодной цепи переменным током

(рис. 9.7.20).

В первой схеме параллельно тиратрону включена цепь, состоя­

через сопротивление Rc. Сопротивление R 0 служит для ограниче­ ния тока сетки. При изх < иос — исз тиратрон не горит, конден­

тельного напряжения ивх ^ иос — исз напряжение на сетке ис станет равным исз, тиратрон зажжется и замкнет цепь конденса­ тора и запала. Горящий тиратрон имеет малое сопротивление R T,

38 0 ГЛ . 9. Н Е Л И Н Е Й Н Ы Е Э Л Е М Е Н Т Ы АВТО М А ТИ ЧЕСКИ Х СИСТЕМ

поэтому ток разрядки конденсатора через R 3 и і?т будет больше тока, необходимого для срабатывания запала, и последний после разогрева сопротивления до температуры зажигания капсюля сработает.

Во второй схеме в анодную цепь, питаемую через трансформа­ тор Тр, включено электромагнитное реле (или, в бесконтактном варианте, управляющая обмотка магнитного реле). Цепи сетки устроены так же, как и в пер­ вой схеме. Конденсатор С вместе с обмоткой реле (R , L) служит фильтром для сглаживания им­ пульсов анодного тока, протекаю­ щего через обмотку реле при за­ жигании тиратрона. Когда ис ста­ нет равным исз (при uBX иос —

— «сз), тиратрон будет зажигать­ ся и гаснуть в каждый положи­ тельный полупериод изменения Еа, и в его анодной цепи будет протекать импульсный постоярный ток. Когда значение анодного тока в первый положительный полупериод достигнет величины

тока срабатывания электромагнитного реле, последнее сработает и замкнет контакты выходной цепи. Реле останется замкнутым на все время импульсного зажигания тиратрона, так как за время

Рис. 9.7.22.

его горения в каждом положительном полупериоде конденсатор заряжается, а за время отрицательного полупериода, когда тира­ трон не горит, разряжается через обмотку реле, причем мини­ мальное значение тока разрядки превышает ток отпускания реле (рис. 9.7.21). При уменьшении значения сигнала на входе до цВІ< иос — исз тиратрон перестанет зажигаться в каждый

положительный полупериод, реле отпустит и разомкнет контакты выходной цепи. Тиратронное реле как элемент автоматической системы управления можно приближенно представить последо­ вательным соединением безынерционного нелинейного н запазды­ вающего звеньев с нелинейностью, характеристика которой показана на рис. 9.7.18, в.

Структурная схема первого из рассмотренных реле изображена на рис. 9.7.22, а, а второго на рис. 9.7.22, б для случая электро­ магнитного реле и на рис. 9.7.22, в для случая бесконтактного реле. В первой схеме время запаздывания т зависит от постоянных С, R и R r, а также от времени разогрева капсюля до температуры зажигания tlv. Во второй схеме т зависит’от частоты питающего напряжения, времени срабатывания реле и постоянной времени сглаживающего фильтра.

§ 9.8. Модуляторы и демодуляторы

Передачу сигналов в автоматических системах от одного эле­ мента к другому часто целесообразно осуществлять при помощи переменного тока. Переменный ток (не обязательно синусои­ дальный), с помощью которого осуществляется передача сигнала, называется несущей. Для передачи сигнала необходимо изменять в зависимости от этого сигнала какой-нибудь параметр перемен­ ного тока. Этот процесс называется модуляцией несущей сигна­ лом. В соответствии с тем, какой параметр несущей изменяется в зависимости от модулирующего сигнала, различают амплитуд­ ную модуляцию, частотную модуляцию и фазовую модуляцию.

При амплитудной модуляции амплитуда переменного напря­ жения является определенной функцией, обычно линейной, пере­ даваемого сигнала х (t). В соответствии с этим модулированный сигнал и (t) в случае синусоидального переменного тока выра­

Переменная амплитуда U (t) сигнала называется огибающей сиг­

пропорциональная модулирующему сигналу х (t), называется отклонением огибающей. Максимальное относительное изменение