Файл: Основы авиационной автоматики учеб. пособие.pdf

По истечении времени трогания Ар начинается движение якоря. При эгом величина воздушного зазора 8 уменьшается, а индук­ тивность обмотки L соответственно возрастает. В результате дви­ жения якоря в обмотке реле наводится дополнительная противо- э.д.с., которая замедляет (тормозит) рост тока / в обмотке. При достаточно большой скорости движения якоря противо-э.д.с. бу­ дет значительной, что может вызвать даже спадание тока (уча­ сток аб, рнс. 2.41,0).

По окончании движения якоря происходит соприкосновение контактов реле и далее следует практически мгновенная останов­ ка (торможение) якоря. При этом зазор 8 становится мини­ мальным 8 = ок, а индуктивность обмотки максимальной L = = АманеТок в обмотке реле после остановки якоря нарастает по

срабатывания реле типа РСМ-1 составляет 3 — 10 миллисекунд. Процесс отпускания реле при отключении обмотки протекает еще сложнее, чем процесс срабатывания. Примерный вид про­ цесса спадания тока в обмотке реле при размыкании цели пока­ зан на рис. 2.41,6. Ток в первый момент поддерживается через дугу в месте разрыва цепи, магнитный поток опадает медленнее тока, так как поддерживается возникающими в массе магнитопровода вихревыми токами. Вихревые токи поддерживают спа­ дающий магнитный поток при отпускании реле и препятствуют нарастанию магнитного потока при срабатывании (включении) реле. Этот факт используют для увеличения времени срабатыва­ ния и опускания реле, для чего на сердечник реле помещается медная втулка [см. схемы замедления срабатывания реле (рис. 2.43)]. Время отпускания реле РСМ-1 имеет порядок 2—4 мс. Рассмотрим некоторые методы изменения основных парамет­ ров реле. К числу основных параметров реле относят время срабатывания и отпускания (Ар и А™)> а также ток срабатыва-

136

ния и ток отпускания (/ср и / отп). Изменение тока срабатывания и отпускания реле достигается .путем изменения натяжения пру­ жины и величины воздушного зазора между сердечником и яко­ рем.

а)

К источнику питания подключается только часть обмотки wt. По­ сле срабатывания реле вспомогательные нормально замкнутые контакты Вк размыкаются и реле будет работать в нормальном режиме; плотность тока в обмотке уменьшается до расчетного значения.

Другая схема форсирования приведена на рис. 2.42,6. Обмотка реле подсоединяется к источнику питания через добавочное со­ противление Да, которое шунтируется в момент срабатывания нормально замкнутыми контактами Вк.

В тех случаях, когда требуется увеличить время срабатыва­ ния реле, используются схемы замедления срабатывания. Одним из методовзамедлении времени срабатывания является включе­ ние конденсатора С параллельно обмотке реле и добавочного сопротивления Дд (рис. 2.43,а). После включения реле под на­ пряжение конденсатор С начинает заряжаться. В первый момент ток заряда большой и в добавочном сопротивлении RÂ создает­ ся значительное .падение напряжения. Нарастание тока в обмот­ ке задерживается. Время срабатывания реле значительно увели­ чивается (до 0,5 с).

Иногда вместо конденсатора включается обычная лампа на­ каливания (рис. 2.43,бД сопротивление которой вначале неболь­ шое, а по мере разогрева нити значительно увеличивается. Еще

137

лучшие результаты дает подключение вместо лампы барретера с железной нитью. Значительного замедления срабатывания реле можно достигнуть путем ' использования короткозамкнутой об­ мотки (рис. 2.43,в) сочень малым сопротивлением. Практически роль этой обмотки играет медный стаканчик, размещенный во­ круг сердечника реле. При нарастании магнитного потока реле в короткозамкнутой обмотке индуктируется э.д.с. и создается зна­ чительный ток, препятствующий нарастанию магнитного потока. В результате увеличивается время срабатывания реле.

Р и с . 2.43. Схемы замедления срабатывания реле:

а— шунтирование обмотки конденсатором; б — шунтирование обмотки лам­ пой накаливания; в — использование короткозамкнутой обмотки

Для увеличения времени отпускания реле применяются спе­ циальные схемы. Наиболее часто параллельно катушке вклю­ чается полупроводниковый диод (рис. 2.44,я). При выключении реле ток в обмотке и магнитный поток начинают спадать. Воз­ никающая при этом э.д.с. самоиндукции создает ток через полу­ проводниковый диод, сопротивление которого в проводящем на­ правлении небольшое. Для поддержания тока в обмотке требу­ ется сравнительно небольшая э.д.с. В этом случае ток и магнит­ ный поток реле спадают медленно, и время отпускания возра­ стает. Вместо выпрямителя может включаться обычное сопро­ тивление (рис. 2.44,6). Однако малое сопротивление взять нель­ зя во избежание больших потерь, а при большом сопротивлении замедление получается менее значительным, нежели при шунти­ ровании полупроводниковым диодом.

Р и с 2.44. Схемы замедления отпускания реле; а — шунтирование обмотки полупроводниковым выпрямителем; б —

шунтирование обмотки сопротивлением

138

Поляризованные реле. Рассмотренные выше реле не реагиру­ ют на изменение полярности приложенного напряжения, поэтому они получили наименование нейтральных реле. В отличие от нейтральных существуют поляризованные реле, регистрирующие изменение полярности приложенного напряжения.

Принцип действия поляризованных реле основан на взаимо­ действии поля постоянного магнита с магнитным полем управ­ ляющей обмотки. Схематическое устройство наиболее широко распространенного поляризованного реле представлено на рис. 2.45,а. Якорь 4 расположен между полюсными наконечниками магнитопровода 6, на котором расположена управляющая обмот­ ка 5. Якорь с расположенными на нем подвижными контактами 10 удерживается в нейтральном положении пластинчатой пру­ жиной 2, закрепленной на неподвижной стойке 3. Магнитные по­ токи постоянного магнита 8 имеют направление, указанное спло­ шными стрелками. Поток, создаваемый обмоткой управления в. одном из воздушных зазоров, складывается, а в другом вычита­ ется из потока постоянного магнита (потоки обмотки управления показаны пунктиром).

Направление магнитного потока обмотки реле зависит от на­ правления протекающего через нее тока. Следовательно, на­

139-

правление движения якоря будет зависеть от направления тока в обмотке реле. Замыкание подвижного контакта 10 с одним из неподвижных контактов будет зависеть от направления тока в обмотке. Подобная конструкция реле носит название трехпози­ ционного. Если ослабить пружину, удерживающую якорек в ней­ тральном положении, то нейтральное положение якорька ока­ жется неустойчивым. Достаточно небольшого смещения якорыка, чтобы он притянулся к одному из наконечников в результате раз­ личной величины сил притяжения, действующих на якорек от постоянных магнитов. Такое реле называется двухпознционным. Если отсутствует ток в обмотке управления, то средний контакт будет замкнут с одним из крайних, в зависимости от «истории» реле.

Коэффициент возврата двухпозицпонного .поляризованного реле равен —1, так как ток срабатывания равен току отпускания с обратным знаком.

Конструкция реле с магнитной системой, подобной рассмот­ ренной, изображена на рис. 2.45,6.

Управляющая обмотка 5 расположена на магнитопроводе 6, В промежутке между полюсными наконечниками магнитопрово­ да расположен конец якоря 4, составленного из двух сталь­ ных пластинок. Якорь подвешен на пластинчатой пружине 2, закрепленной на неподвижной стойке 3. Вблизи якоря распола­ гается постоянный магнит 8. Якорь не имеет непосредственного соприкосновения с магнитом, однако специальные наконечники 9 обеспечивают достаточно .малое магнитное сопротивление на пу­ ти потока от магнита к якорю. Другой конец магнита соединен с полюсными наконечниками магнитопровода через значитель­ ное магнитное сопротивление. Указанное магнитное сопротивле­ ние реализуется посредством болтов 7 и прокладок из немагнит­ ного материала. Поток постоянного магнита проходит от верх­ него полюса магнита (рис. 2.45,б) через наконечники к якорю, через якорь и у нижнего его конца разветвляется на два потока; эти два потока через полюсные наконечники магнитопровода и болты 7 идут к нижнему концу магнита.

Поляризованное реле гораздо более чувствительно к слабым сигналам, чем нейтральное реле. Входная мощность поляризо­ ванного реле типа РП-4 составляет 0,1 ■10“4—1,6 • 10-4 Вт, тогда как такое малогабаритное реле, как РСМ-1, имеет входную мощ­ ность порядка 0,8 Вт, а реле РП-2 — порядка 4 Вт. Время сраба­ тывания реле РП-4 составляет 2,5-ь 5,5 миллисекунды.

Контакты поляризованного реле рассчитаны на значительно меньшую мощность (2-—3 Вт), чем контакты нейтральных реле. Размеры и вес поляризованных реле значительно больше нейт­ ральных реле той же мощности. Поляризованные реле, как и ре­ ле нейтральные, могут иметь большое количество (до 10) разных обмоток. Реле с несколькими обмотками представляет собой удобный суммирующий элемент. Двухобмоточное поляризован­

140

ное реле можно использовать в качестве измерителя отклонения (рассогласования) с релейной характеристикой.

Релейные усилители. На рис. 2.46 показана схема включения поляризованного реле как усилителя. На том же рисунке приве­ дены статические характеристики релейных усилителей «вых = = / («вх) для двухпозиционного и трехпозиционного реле.

Р и с. 2.46. Поляризованное реле как усилитель:

а — схема; б — статическая характеристика трехпозиционного реле; в — статическая характеристика двухпозиционного реле

Если мощность контактов реле недостаточна для управления цепями исполнительных органов, то релейный усилитель выпол­ няется многокаскадным. В этом случае контакты предыдущего реле управляют цепью обмотки последующего реле. Чтобы такой многокаскадный усилитель обладал необходимой нечетной ха­ рактеристикой, достаточно, чтобы одно (первое) реле каскада, было поляризованным, остальные реле обычно берутся нейтраль­ ными.

Мощность, выделяемая в нагрузке релейных усилителей,, во много раз больше мощности, затрачиваемой в цепи управле­ ния реле. Поэтому коэффициент усиления по мощности реле до­ вольно высок.

Преимуществами релейных усилителей по сравнению с други­ ми типами усилительных устройств (например, с магнитными усилителями) является большой коэффициент усиления по мощ­ ности и значительная мощность, приходящаяся на единицу весареле. В этом отношении они превосходят все другие типы усили­ телей. Кроме того, реле просты по устройству и дешевы. Недо­ статкам релейных усилителей является наличие контактов, сни­ жающих надежность их работы.

Мы рассмотрели статические характеристики релейных уси­ лителей. Значительно сложнее описать их динамические свойот-

141

ва, но в первом приближении (достаточно грубом) при рассмот­ рении динамики релейных усилителен обычно ограничиваются учетом постоянного запаздывания, равного времени срабатыва­ ния реле.

Можно считать, что выходной сигнал релейного усилителя яв­ ляется некоторой нелинейной функцией входного сигнала и от­ стает от него в своих изменениях на некоторое постоянное вре­ мя т:

быть представлена одной «з статических характеристик релей­ ных усилителей (рис. 2.46,6, в).

Структурная схема* релейного усилителя может быть пред­ ставлена в виде последовательного соединения двух звеньев: звена с постоянным запаздыванием е~'р и безынерционного нелинейного элемента F[u(t)] (рис. 2.47).

Р II с. 2.47. Структурная схема релейного

усилителя

Вибрационная линеаризация релейных усилителей. В ряде слу­ чаев разрывная характеристика релейного усилителя оказывает­ ся непригодной и требуется пропорциональная зависимость И в ы х = / ( « в х ) - Возможно в некотором диапазоне обеспечить необхо­ димую пропорциональную зависимость за счет вибрационной ли­ неаризации релейного усилителя.

Различают два вида вибрационной линеаризации: внешнюю линеаризацию и внутреннюю линеаризацию.

Для пояснения сущности внешней вибрационной линеариза­ ции рассмотрим схему (рис. 2.48). Здесь в обмотку 1 подается управляющий сигнал, а в обмотку 2 поступает напряжение ип от генератора пилообразных напряжений. Частота колебаний ип вы­ бирается такой, чтобы реле успевало перебрасываться из одного крайнего положения в другое. Иными словами, период колебаний должен быть существенно больше времени срабатывания реле. С другой стороны, частота колебаний должна быть по возможности ■выше, чтобы уменьшить пульсацию выходной величины.

* О структурных схемах см. гл. III.

142