43. Електронні перемикачі ( електронні ключі- транзисторні і тиристорні), тиристорні комутатори, електронні реле в системах автоматики.

Переключающие устройства и реле

Широкое применение как элементы автоматики нашли разнообразные электромагнитные, электронные, пневматические и другие реле. Основными достоинствами реле являются устойчивость к температурным изменениям, широкий диапазон коммутируемых токов, устойчивость к электрическим перегрузкам, небольшие массы и габариты. Так как различные виды реле работают аналогично электромагнитным, то и рассмотрим работу некоторых электромагнитных реле. Электромагнитное реле представляет собой устройство, которое управляет подачей значительной мощности источника питания в цепь потребителя, переключая контакты реле небольшой мощностью в цепи управления. Они подразделяются на реле постоянного и переменного тока. В основном применяют реле с управлением постоянным током. По функциональному признаку электромагнитные реле постоянного тока бывают нейтральные и поляризованные. Нейтральное электромагнитное реле имеет два устойчивых состояния — контакты реле разомкнуты или замкнуты. Оно не изменяет выходной величины при изменении знака входного управляющего сигнала. Условно устойчивые состояния реле обозначают как 0 и + 1 (или + 1 и 0, а также О н — 1 или — 1 и 0). Реле (рис. 43.1) состоит из сердечника /, 2 — статорной части и подвижной — якоря 4, обмоток управления 3. При подаче или снятии управляющего сигнала иу (t) происходит

Рис.43.1 Нейтральное электромагнитное реле.

притягивание или отпускание якоря 4 при определенном начальном состоянии реле. Электромагнитная сила, создаваемая сигналом управления, возрастает от минимального до максимального значения, вызывая срабатывание реле, или уменьшается от максимального до минимального значения, обеспечивая отпускание якоря под действием возвратной пружины 7. Контакты 5 установлены на контактном соединении 8 и могут быть размыкающими или замыкающими. Включаются они последовательно с потребителем ZH и источником питания U (постоянного или переменного напряжения). При срабатывании реле контакты замыкаются толкателем 6, в результате чего потребитель подключается к источнику питания. Время срабатывания нейтральных реле 0,05—1,0 с. Миниатюрные нейтральные реле герметизированного типа являются высокочувствительными (число включений более 108 раз).

Рис.43.2. Конструкция герметизированного реле и двухпозиционное поляризованное реле.

В таком реле (рис. 43.2) контактная группа 1 помещена в стеклянную колбу 2. Катушка 3 и контакты 1 представляют собой магнитную систему, поэтому такие реле называют герметическими магнитоуправляемыми контактами (герконами). Нейтральные реле используют для подключения различных электротехнических устройств, устройства автоматики, а также как логические элементы для простейших схем управления. Поляризованное реле изменяет направление тока, протекающего через потребитель, при изменении знака управляющего сигнала Uу (t). Магнитная система поляризованного реле (рис. 43.2 ) имеет поляризующий элемент — постоянный магнит 6 или обмотку подмагничивания, основной магнитопровод 1. Электромагнитная сила, при которой срабатывает реле, является алгебраической суммой моментов от тока сигнала управления, который может менять знак, и поляризующего элемента 6, создающего постоянный магнитный поток. Из схемы видно, что в зависимости от знака управляющего сигнала на обмотке управления 7 подвижный контакт 3, находящийся на якоре 5, замыкается с одним из неподвижных контактов 2, находящихся на контактной колодке 4. Поляризованные реле обладают высокой чувствительностью и малым временем срабатывания. Их широко применяют в автоматике для управления реверсивными устройствами. Примером применения таких реле может служить схема релейного регулирования частоты вращения вала электродвигателя М постоянного тока независимого возбуждения (рис. 43.3).

Рис. 43.3. Релейное регулирование угловой скорости электродвигателя.

Регулирование осуществляется изменением тока в обмотках возбуждения w1 и w2 при постоянном напряжении на якоре Uя. К средней точке обмоток возбуждения присоединен один контакт постоянного напряжения U, а второй соединен с подвижным контактом трехпозиционного поляризованного реле К. На обмотку К подается управляющий сигнал uу. Потребителем для реле является одна из обмоток — w1 или w2. При | uу | < | Uсраб. | обмотки возбуждения М обесточены ( Uсраб — напряжение срабатывания реле К).

При иу = U1 (U1 > + Uсраб) реле замыкает контакты, подключая напряжение U источника к обмотке w1 и двигатель вращается с установившейся частотой вращения. Если иу = U1 (--U1 < — Uсраб). то напряжение U будет на обмотке w2 и направление вращения вала будет противоположное.

Рис. 43.4. Схема тиристорного ключа.

Простейший тиристорный ключ для нагрузки Rн работающей на постоянном токе, показан на рис. 43.4. При подаче питания на схему тиристор закрыт. Конденсатор разряжен через резисторы RH и R. При замыкании контакта В (Включение) через управляющий электрод проходит ток управления, значение которого ограничивается резистором R. Тиристор открывается лавинообразно за время 25—30 мкс, и в открытом состоянии ток ограничивается сопротивлением нагрузки, падение напряжения на тиристоре при номинальном токе нагрузки составляет 0,5—1 В, т. е. прямо сопротивление тиристора измеряется в тысячных долях Ома. Таким образом, время замкнутого состояния контакта В должно быть не меньше времени открывания тиристора. В открытом состоянии тиристора конденсатор С заряжаемся через резистор R. Для закрывания тиристора замыкается контакт О (Отключение). Напряжение заряженного конденсатора прикладывается к тиристору (плюсом) на катод. Емкость конденсатора подбирается такой, чтобы продолжительность импульса напряжения была достаточна для снижения тока ниже значения тока удержания, когда тиристор закрывается. Если нагрузка RH обладает индуктивностью, при отключении, возникает э. д. с. самоиндукции, которая может создать опасное для тиристора перенапряжение. Диод VD включает разрядный контур для тока, создаваемого э. д. с.

Триггером называется устройство, имеющее два устойчивых состояния, т.е. наличие или отсутствие сигнала на выходе. Изменение состояния триггера производится внешним запускающим (переключающим, стартовым) сигналом, вызывающим в схеме лавинообразный процесс. Чрезвычайно быстрый переход триггера из одного состояния

в другое создает форму выходного напряжения, близкую к прямоугольной. Поэтому триггерные схемы являются генераторами прямоугольных импульсов с внешним запуском. В отличие от мультивибраторов временное положение и частота следования выходных импульсов триггеров определяются параметрами запускающего напряжения. Это позволяет получать выходные импульсы в строго определенные моменты времени и с нужной частотой повторения.

В интервале между переключающими сигналами состояние триггер не меняется, т. е. триггер ≪запоминает≫ поступление сигнала, что отражается значением потенциала на выходе. Это дает возможность использовать триггер как элемент памяти. При поступлении каждой пары переключающих импульсов потенциал на выходе триггера меняется от высокого к низкому и обратно, т.е. на выходе формируется один импульс. Таким образом, триггер можно использовать как делитель частоты переключающих импульсов на два.

Триггеры находят широкое применение в счетно-решающих устройствах и в схемах дистанционного автоматизированного управления дизелем.

Рис. 43.5. Симметричный триггер с внешним смещением. а) схема; б) диаграммы напряжений.

Рис. 43.6. Триггер Шмидта: а) схема; б) диаграммы напряжений.