2. РЕЛЕ

В системах автоматического регулирования для преобразования сигналов часто применяют реле различных типов. Реле превращает непрерывный маломощный сигнал датчиков в прерываемый довольно значительной мощности, обеспечивающий управление двигателями. В этом случае реле является преобразователем и усилителем сигнала.

Основными параметрами, характеризующими работу реле, являются: мощность срабатывания — электрическая мощность на входе реле, при которой реле замыкает (размыкает) управляемую цепь; время срабатывания — интервал времени от момента подачи на вход реле регулирующего импульса до начала воздействия на управляемую цепь (до начала работы управляемого сервомотора); мощность управления — электрическая мощность управляемой цепи.

Вследствие инерционности управляющей цепи и реле входной ток реле будет возрастать и убывать не мгновенно, а по некоторой кривой. В связи с этим различают следующие этапы работы реле.

1. Срабатывание реле. Реле приходит в действие («трогается») только тогда, когда величина регулирующего сигнала (тока) достигает некоторого значения, называемого сигналом срабатывания. Время срабатывания реле слагается из времени трогания и времени движения реле. Время трогания представляет собой интервал времени от момента появления регулирующего сигнала до момента трогания реле, а время движения — от момента трогания до начала воздействия на управляемую цепь.

2. Работа реле. После того как реле сработало, управляемая цепь и элекродвигатель находятся под воздействием реле до момента прекращения входного сигнала. Время работы реле зависит от скорости электродвигателя и быстродействия регулирующего органа, а также от параметров объекта регулирования.

3. Возврат реле. После окончания регулирующего сигнала проходит некоторое время, пока реле прекратит свое воздействие на управляемую цепь и возвратится в начальное положение. Этот интервал времени называют временем отпускания реле.

Отношение величины регулирующего сигнала на входе реле, при котором оно отпускает, к тому значению сигнала, при котором реле срабатывает, называется коэффициентом возврата реле:

этот коэффициент, как правило, меньше единицы.

Если реле рассматривать как усилитель, то отношение управляемой мощности к мощности срабатывания есть коэффициент усиления по мощности реле

это отношение часто называют также коэффициентом управления.

Реле, применяемые в системах автоматического регулирования, по принципу действия можно разделить на следующие типы: электромагнитные нейтральные, электромагнитные поляризованные, магнитоэлектрические, электронные и тиратронные.

В табл. VI. 1 дается сравнение этих типов реле по основным показателям.

Электромагнитные нейтральные реле работают как на постоянном, так и на переменном токе. Нейтральными они называются потому, что не реагируют на перемену направления постоянного тока или изменение фазы переменного тока. Существует множество разновидностей реле этого типа.

Электромагнитные поляризованные реле реагируют на полярность управляющего сигнала. Эти реле отличаются высокой чувствительностью, малым временем срабатывания и большим коэффициентом усиления.

Магнитоэлектрические реле являются наиболее чувствительными среди электромеханических реле. Они также реагируют на полярность управляющего сигнала. Благодаря высокой чувствительности они получили распространение в схемах автоматического управления с электрическими датчиками.

Принципиальные схемы некоторых релейных усилителей, применяемых в системах автоматического регулирования, даны в табл. VI.2. К релейным усилителям следует отнести также контактный нуль-гальванометр с падающей дужкой, устройство которого показано на рис. VI.4.

Таблица VI.1 (см. скан) Основные характеристики реле

(кликните для просмотра скана)

Рис. VI.4. Контактней нуль гальванометр

Контактный нуль-гальванометр отличается от реле тем, что замыкание управляющей цепи сервомотора здесь выполняется не измерительным элементом, а особым приспособлением — падающей дужкой, которая работает независимо от измерительного устройства. Вращающаяся рамка 1 связана со стрелкой 2 прибора. Рамка и стрелка устанавливаются в положение, отвечающее отклонению чувствительного элемента. Над стрелкой расположена падающая дужка 3, которая с помощью эксцентрика 7 и ролика 6 совершает периодическое движение вверх и вниз, вращаясь около осей 9. Эксцентрик 7 приводится во вращение от вспомогательного моторчика, не показанного на схеме. При подъеме дужки вверх стрелка галь ванометра может свободно перемещаться. Она устанавливается в положение, соответствующее регулирующему импульсу чувствительного элемента, но в пределах, ограниченных специальными упорами (на рисунке не показано), расположенными на столиках 8. Столики могут раздвигаться.

При опускании дужка захватывает стрелку и выступом 4 прижимает ее к столику, вследствие чего столик наклоняется и поворачивает ртутный выключатель 5. При этом замыкается электрическая цепь, управляющая сервомотором. В зависимости от того, над каким из столиков 8 будет находиться стрелка 2 в момент опускания дужки 3, в работу включается тот или другой ртутный выключатель 5 и соответственно в ту или другую сторону начнет вращаться якорь сервомотора: Если в момент опускания дужки стрелка 2 гальванометра будет находиться в нулевом положении или будет иметь незначительное отклонение в пределах зоны нечувствительности, столики 8 работать не будут, вследствие чего якорь сервомотора останется в покое.

Период колебаний дужки устанавливается в пределах от 10 с до 1 мин. Включение ртутного переключателя продолжается в течение времени, пока дужка опущена. Это составляет примерно 30—50% времени полного периода колебаний дужки.

Ртутные выключатели разрывают электрическую цепь мощностью порядка 0,5 кВт. Контактный нуль-гальванометр осуществляет периодическое прерывистое регулирование. В интервалах времени, когда дужка находится вверху, регулирование отсутствует.

Запишем уравнение динамики электромагнитного нейтрального реле, работающего от высокоомного усилителя, в виде

где — масса якоря реле; х — перемещение якоря (угловое или линейное); — коэффициент скоростного трения; с — коэффициент жесткости пружины; — результирующая электромагнитная сила, действующая на якорь реле.

Под действием силы происходит перемещение (поворот) якоря из нейтрального положения, т. е.

здесь — постоянные коэффициенты, зависящие от конструкции якоря реле и полюсных наконечников; — токи в катушках управления реле.

Подставив выражение (VI.25) в уравнение (VI.24), получим

Уравнение (VI.26) приведем к следующему виду:

где

В случае подключения обмоток реле к низкоомному усилителю необходимо учитывать индуктивность его катушек управления.