Устройства управления на базе реле

К ним относятся контакторы и магнитные пускатели.

Контакторы – это мощные реле (до 20 кВт), предназначенные для частых коммутаций электрических цепей. Применяют их для управления силовыми электроприводами в цепях до 500 В переменного и 600 В постоянного тока.

Магнитные пускатели – это контакторы со встроенной тепловой защитой (реле) и применяются в основном для управления трехфазными асинхронными двигателями.

Тепловое реле состоит из двух консольных биметаллических пластин из материалов с разным коэффициентом расширения. При нагревании вследствие перегрузок электрического двигателя пластины будут изгибаться в сторону пластины с меньшим коэффициентом линейного расширения и тем самым разрывать цепь главных силовых контактов пускателя.

Переключающие устройства

Данные устройства работают по принципу «вкл.- выкл.».

Различают:

1) ручные – пусковая аппаратура (кнопки, тумблеры, переключатели и т.д.);

2) положения.

Среди первых для переключения электрических цепей (до 20 А и 500 В) управления электроприводами применяются универсальные переключатели (от 2 до 16 позиций). Переключения в них осуществляются вручную поворотом рукоятки влево или вправо на угол  (45, 90, 135, 180).

Особенности работы путевых выключателей в том, что сам материал или механизм при перемещении воздействует на переключатель.

Их различают:

а) по месту расположения: путевые, конечные;

б) по способу воздействия: контактные (или механические), бесконтактные.

Контактные переключатели бывают нажимные, рычажные, вращательные.

Бесконтактные переключатели выполняются на фотоэлементах, индукционных и магнитомодуляционных элементах (рассмотренные фотореле, герконы) и др.

Индукционные переключающие элементы

В основе их использованы параметрические и генераторные датчики положения.

1 – катушка колебательного контура;

2 – металлическая заслонка;

3 – катушка контура обратной связи;

На схеме приведен генераторный датчик (транзисторный генератор колебаний). Амплитуда его колебаний управляется наличием заслонки в зазоре между колебательным контуром и контуром ОС. При отсутствии заслонки в зазоре эл. схема интегрирует колебания, амплитуда которых усиливает среднее значение тока в цепи через транзистор-генератор VT , которая далее усиливается выходным транзистором VT2 . Следовательно появляется выходное напряжение. При наличии заслонки в зазоре амплитуда колебаний падает, происходит их срыв, что ведет к закрытию транзистора VT2 и U_вых = 0.

Регуляторы и регулирующие устройства

Регулирующие блоки (устройства) предназначены для сравнения текущего значения регулируемой величины с заданным и при наличии рассогласования выработки управляющего воздействия с целью его устранения.

З Д – задатчик;

ЭС – элемент сравнения;

ОС – обратная связь;

х_зад – заданное значение регулируемой

величины;

х_д – текущее значение регулируемой величины;

 = х_зад – х_д – рассогласование;

у – управляющее воздействие;

N – вспомогательная энергия.

Классификация регуляторов:

1). По принадлежности к ветви ГСП: электрические, пневматические, гидравлические.

2) По использованию вспомогательной энергии:

а) без использования вспомогательной энергии – регуляторы прямого действия (регуляторы «до» или «после себя»); для выработки управляющего воздействия используют энергию регулируемой среды (давление, перемещение?);

б) с использованием вспомогательной энергии (косвенного действия?) – регуляторы с усилением, формирующие сигнал на выходе за счет дополнительного источника энергии.

3) По характеру выработки регулирующего воздействия:

а) прерывистые (дискретного действия);

Прерывистые – у которых, при непрерывном изменении регулирующего параметра, РО перемещается только при достижении этим параметром определенного значения

Делятся на релейные и импульсные. У первых сигнал изменяется скачком и имеет на выходе только два значения: максимальное и минимальное (позиционные регуляторы). У вторых - выходной сигнал принимает последовательность импульсов во времени.

б) непрерывные.

Непрерывные – РО которых при непрерывном изменении регулирующего параметра перемещается постоянно.

4) По характеру изменения управляющего воздействия (по виду характеристики действия):

а) нелинейные (позиционные регуляторы);

б) линейные, которые разделяются по законам регулирования

Закон регулирования – математическая зависимость (функция) между значением выходного параметра ИУ (или перемещением выходного звена ИМ, т.е. перемещением РО) и отклонением регулируемой величины. (Упрощенно – зависимость между входным и выходным сигналами регулятора без учета его инерционности.)

5) По наличию обратной связи:

а) без обратной связи;

б) с обратной связью.

6) По виду регулирующего параметра: (регуляторы температуры, давления расхода, уровня и т.д.)

Позиционные регуляторы.

Работают по принципу «вкл. – выкл.».Непрерывному изменению входной величины в них соответствует скачкообразное изменение выходного сигнала.

Их реализация осуществляется с помощью контактных и бесконтактных релейных элементов. Бывают двухпозиционные, трехпозиционные и реже многопозиционные регуляторы.

Рассмотрим статические характеристики этих регуляторов.

Структурная схема двухпозиционного регулятора

а) без зоны неодназначности б) с зоной неодназначности

Двухпозиционные регуляторы настраиваются таким образом, чтобы значения y и  отсчитывались в приращениях от условного равновесного состояния объекта регулирования, соответствующего расчетным значениям y_о и _о, принятым за начало отсчета. Аналитически статические характеристики можно записать следующим образом: а) y = y_max при   0 б) y = y_max при    ;

y = - y_max при   0 при -     и ddt  0

y = - y_max при   - ;

при -     и ddt  0.

Из этих выражений и рисунков видно, что двухпозиционные регуляторы постоянно оказывают на объект регулирования воздействия отличные от значений необходимых для равновесного состояния системы (когда  = 0). В результате АСР с таким регулятором будет работать в автоколебательном режиме и ее переходный процесс будет колебательным в окрестностях ее равновесного состояния. Настраиваемая зона неоднозначности в них называется зоной возврата.

Статические характеристики трехпозиционных регуляторов выглядят следующим образом:

а) без зоны неодназначности б) с зоной неодназначности

_нч - зона нечуствительности.

Здесь имеется устойчивое нейтральное положение.

Аналитически статические характеристики выглядят следующим образом:

а) y = y_max при    б) y = y_max при   ₂

при ₁    ₂ и

y = 0 при -     y = 0 при -₁    ₂ и

при -₂    ₁ и

y = - y_max при   - y = - y_max при   -₂

при -₂   - ₁ и

Из этих выражений и рисунков следует, что трехпозиционные регуляторы имеют устойчивое состояние (y = 0) в окрестностях равновесного состояния системы (когда  = 0), определяемых зоной нечувствительности и зоной неоднозначности. Если при очередном переключении регулятора в состояние y = 0 , отклонение регулируемой величины не будет выходить за зону нечувствительности регулятора, то в этом состоянии система регулирования может оставаться бесконечно долго. В системе не будет автоколебательных процессов (не подгорают контакты, увеличивается срок службы).

Позиционными эти регуляторы называются потому, что регулирующий орган занимает в двухпозиционных регуляторах два положения (позиции) – открыто – закрыто, а в трехпозиционных три положения: открыто, закрыто и промежуточное.