Файл: Автоматическое управление газотурбинными установками..pdf

наоборот, дискретных сигналов в непрерывные в зависимости от ха­ рактера работы отдельных частей системы; 5) источники питания, обеспечивающие нормальную работу системы управления.

При выборе той или иной промышленной серии элементов надо учитывать наличие в еесоставе полного набора необходимых устройств, а также возможность или невозможность сочетания их с применен­ ными в данной установке устройствами других систем. Оптимальный вариант аппаратурной базы можно выбрать путем сравнения ком­ плексных схем управления, выполненных на различных типах элементов, по технико-экономическим показателям, к которым в пер­ вую очередь относятся: 1) эксплуатационная надежность, 2) простота наладки и эксплуатации, 3) величина капитальных и эксплуатацион­ ных затрат, 4) требования, предъявляемые системой элементов к источ­ никам питания, 5) помехоустойчивость и помехозащищенность системы управления.

Однако в связи с тем, что основой схемы управления обычно является ее логическая часть, состоящая почти целиком из логи­ ческих элементов, то технико-экономические показатели системы в целом определяются главным образом показателями логических элементов. Это допущение подтверждается тем обстоятельством, что в реальных схемах, как правило, используется малое количество элементов времени (задержки,) а усилительные и преобразовательные элементы практически могут быть одними и теми же для большинства серий, они в основном определяются типами датчиков, исполнитель­ ными устройствами и механизмами технологического оборудования.

В системах управления компрессорными станциями могут найти применение различные виды логических элементов: релейно-кон­ тактные, полупроводниковые, магнитные. Отдельные специалисты отдают предпочтение пневматическим элементам. Рассмотрим основ­ ные технические показатели наиболее перспективных видов логи­ ческих элементов, выпускаемых отечественной промышленностью серийно.

Релейно-контактные элементы

Логическая часть схем управления может ,быть выполнена на обычных контактных электромагнитных реле. Этот вид аппаратуры наиболее распространен в системах управления компрессорными станциями. Многолетний опыт эксплуатации показал, что контакт­ ная аппаратура обладает существенными недостатками, что в ряде случаев делает желательной замену ее более надежными бесконтакт­ ными элементами. К числу этих недостатков относятся: 1) необхо­ димость систематического обслуживания (чистка, промывка, регу­ лировка контактов, замена изношенных); 2) износ подвижных частей реле; 3) сравнительно большие размеры; 4) большие времена сра­ батывания и отпускания якоря; 5) критичность к вибрациям и уда­ рам; 6) недопустимость установки открытых контактных устройств во взрывоопасных и запыленных помещениях.

66

С другой стороны, контактные электромагнитные реле привле­ кают простотой схем, дешевизной, а также наглядностью, что осо­ бенно важно при малоквалифицированном обслуживающем персо­ нале. Кроме того, эти реле позволяют: 1) кондуктивно разделять входные и выходные цепи; 2) осуществлять при помощи одного реле коммутацию нескольких независимых цепей; 3) обеспечивать боль­ шой коэффициент усиления по мощности; 4) обеспечивать кратность тока близкую к бесконечности; 5) создавать системы управления достаточно устойчивые к внешним электрическим помехам.

Контактные электромагнитные реле выпускаются промышлен­ ностью в широком ассортименте, удовлетворяющем практические потребности многих систем управления.

Недостаточная надежность открытых контактных групп у обыч­ ных электромагнитных реле привела к попыткам улучшения этого наиболее уязвимого узла. Было ясно, что существенное усовершен­ ствование может быть достигнуто при герметизации контактов. Однако здесь возникли и значительные конструктивные трудности. Были предприняты попытки герметизировать весь электромагнит­ ный механизм, включая обмотки, магнитопровод, изоляцию и т. д. (например, реле РМУГ). При этом быстро убедились, что срок службы контактов практически не возрастает, так как абсорбиро­ ванные в обмотках, изоляции и магнитопроводе газы, выделяясь в ограниченном герметизированном пространстве, создают концентра­ ции, достаточные для возникновения коррозии контактирующих поверхностей, и приводят к разрушению контактов. Потерпели также неудачу попытки герметизировать только контакты, главным образом из-за конструктивных трудностей передачи движения от якоря.

После упорных поисков было найдено принципиально новое решение, заключающееся в том, что контактные пружины одновре­ менно являются и магнитопроводом. Для этого их стали выполнять из ферромагнетиков, что позволило герметизировать контактную систему и одновременно избавило от механической передачи для приведения в движение контактирующих тел. Эти контактные устройства были названы магнитоуправляемыми контактами (МУК) или герконами, они получили широкое распространение во всех промышленноразвитых странах.

Своим успехом МУК обязаны преимуществам по сравнению с открытыми контактными системами: 1) увеличением срока службы контакта до ІО7—10в циклов срабатываний, т. е. в 10—100 раз;

и длиной от 20 до 50 мм. В баллон с торцов впаиваются электроды из пермаллоевой ленты, образующие контактные пружины. Состав

стекла и марка пермаллоя (низконикелевый, В — 1,3 тл, Нс = 6,5 — -f-10 а/м) подбираются так, чтобы их коэффициенты линейного расши­ рения были одинаковы. Это обеспечивает герметизацию в местах вная электродов. Контактирующие концы электродов покрываются слоем' диффузного золота, родия, серебра или сплавов, обеспе­ чивающих малое переходное сопротивление контакта при небольших контактных давлениях. Баллон заполняется чистым азотом, водо­ родом или смесью азота с водородом (3%).

Схематически МУК представлен на рис. III.3, а. При обтекании обмотки w током возникает магнитный поток, замыкающийся через

Рис. III.3. Замыкающие магнитоуправляеыые контак­ ты, работающие в продольном (а) и в поперечном (6)

поле.

контактный зазор. Под действием силы магнитного притяжения в рабочем зазоре пермаллоевые контактные пружины замыкаются, образуя надежный контакт. Обесточивание обмотки приводит ң раз­ мыканию контактных пружин под действием сил упругости. В рас­ сматриваемом МУК магнитное поле направлено параллельно оси баллона (продольное поле). МУК может управляться и с помощью обмоток, расположенных на выходах электродов, но форма контакт­ ных пружин в этом случае изменяется (см. рис. III.3, б). В рабочем зазоре магнитное поле направлено перпендикулярно к оси баллона (поперечное поле). Обычно в большинстве современных МУК исполь­ зуется продольное поле и только в некоторых специальных видах контактов, например поляризованных и дифференциальных (шарико­ вых), применяется поперечное поле.

Размыкающий контакт представлен на рис. III.4, а. При возник­ новении магнитного поля продольный поток проходит по обоим электродам, обусловливая их взаимное отталкивание и размыкание

68

контакта. Переключающий контакт (см. рис. III.4, б) имеет один немагнитный неподвижный электрод 1, к которому при отсутствии тока в обмотке прижимается подвижный 2, образуя размыкающий контакт. Замыкающий контакт 3 по своему действию не отличается от контакта, показанного на рис. III.3, а.

При помощи одной обмотки можно управлять одновременно несколькими магнитоуправляемыми контактами. Внутрь ■катушки помещают обычно два или три контакта, получают Ішогоконтактное магнитоуправляемое реле с внутренним расположе­

нием контактов. На рис. II 1.5 представлена одна из разновид­ ностей реле с внешним распо­ ложением контактов. На цилин­ дрический сердечник 1 надета обмотка 4, создающая при

включении поток Фэ, замыкающийся'через несколько МУК 3, рас­ положенных по окружности между ферромагнитными фланцами 2.

В многоконтактных магнитоуправляемых реле магнитодвижущую силу, приходящуюся на каждый МУК, нужно увеличить по сравне­ нию с одноконтактными, Фак как при некоторой разновременности замыканий отдельных контактов ранее замкнувшийся шунтирует магнитную цепь, уменьшая тем самым величину магнитного по­ тока, проходящего через остальные.

На рис. III.6, а показан поляризованный МУК. Он требует наличия одновременно как продольного Ф2, так и поперечного Фі потоков. Один из них имеет постоянное направление, а направление другого (Фі) можно менять на обратное. ПродЬльный и поперечный потоки, проходя через рабочий зазор, взаимодействуют, складываясь

69

гиваться либо к левому, либо к правому неподвижному контакту. Дифференциальные МУК известны в двух исполнениях: плун­ жерном (рис. III.6, б) и шариковом (рис. III.6, в). В плунжерном предусмотрены две отдельные обмотки (по одной для каждой из сторон). В зависимости от того, какая из обмоток обтекается током, плунжер втягивается в нее и замыкает соответствующий контакт. Шариковое исполнение требует наличия поперечных полей, созда­ ваемых обмотками на выводах. Шарик выполнен из ферромагнетика

Рис. III.6. Поляризованный (а) и дифференциальные плунжерный (б) и шариковый (в) МУК.

и притягивается к левым или правым электродам, обмотки которых обтекаются током (независимо от его направления). Чтобы исклю­ чить влияние силы тяжести, дифференциальные МУК надо уста­ навливать горизонтально.

У большинства типов МУК коммутируемая на контакте мощность составляет в зависимости от типоразмера от 3 до 20 вт. Для более мощных цепей разработаны и производятся магнитоуправляемые контакты с ртутным заполнением, способные коммутировать мощ­ ность до 200 вт. Токи контактов сухого типа лежат в пределах от 0,1 до 1 а, напряжения — от 25 до 250 в. По литературным данным, имеются высоковольтные МУК, способные работать при напря­ жениях до 5000 в.

Кроме рассмотренных МУК, на которых могут быть осуществлены режимы повторителя или инвертора, имеются предназначенные для работы в режиме триггера специальные магнитоуправляемые реле, получившие название ферридов. Триггерный режим достигается изготовлением внешнего магнитопровода из материалов с прямо­ угольной петлей гистерезиса, блародаря чему магнитопровод со­ храняет состояние намагниченности и после снятия внешнего поля. Получили распространение две разновидности ферридов: последо­ вательные (рис. III.7, а, б) и параллельные (рис. III.7, в, г).

70

Последовательный феррид снабжен внешним магнитопроводом с двумя обмотками: подмагничивающей w2 и управляющей іѵи причем направление тока в последней может меняться. Величины м. д. с. этих обмоток рассчитаны таким образом, что при совпадении потоков Фі и Ф2 (см. рис. III.7, б) сердечник насыщается, и в силу прямоугольное™ гистерезисной петли индукция насыщения практи­ чески сохраняется после отключения обмоток. Это обеспечивает замкнутое положение контакта. Для отключения необходимо изме­ нить направление тока в управляющей обмотке. Потоки станут

а

Іупр

IО

Рис. III.7. Ферриды.

встречными, сердечник размагнитится, контакт разомкнется и после прекращения тока в обмотках останется в этом состоянии (см.

рис. III.7, а).

Параллельный феррид требует наличия двух сердечников, обла­ дающих прямоугольной петлей гистерезиса, причем МУК является общей частью магнитопровода для обоих сердечников. На один из сердечников нанесена подмагничивающая обмотка, а на другой .— управляющая. На рис. III.7, в показано направление потоков, отвечающее разомкнутому состоянию контакта, а на рис. III.7, г — замкнутому. Сердечник с подмагничивающей обмоткой может быть заменен постоянным магнитом.

Магнитоуправляемые контакты значительно расширяют воз­ можность применения контактных устройств в системах управления ГТУ, но вопрос об их широком внедрении должен решаться с учетом наличия более надежных, хотя и более сложных и дорогих, бескон­ тактных элементов, выпускаемых в широком ассортименте.

71