§ 26.9. Основы расчета и конструирования бесконтактных магнитных реле

Расчет бесконтактного магнитного реле проводят в той же последовательности, что и для обычного магнитного усилителя.

Исходными данными для расчета являются сопротивление нагрузки токи нагрузки (максимальный и минимальный ), частота источника питания токи обмотки управления (ток срабатывания и ток отпускания ), требуемое быстродействие (время отпускания и время срабатывания ).

Обычно целью расчета является определение размеров магнитопровода и обмоточных данных. Размеры магнитопровода определяются величиной максимальной мощности в нагрузке

и выбранным материалом сердечника:

где —площадь окна намотки; —площадь сечения магнито-провода; —коэффициент заполнения окна намотки медным проводом; — коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью; —магнитная индукция;—допустимая плотность тока

в обмотке.

Для уменьшения размеров магнитопровода следует применять материалы с высокой индукцией насыщения (пермаллои), увеличивать плотность тока / в обмотке за счет улучшения теплоотдачи обмотки и применения теплостойкой изоляции.

Размеры магнитопровода, полученные (по 26.3), уточняются по справочнику, где приведены стандартные размеры.

Сначала выполняется построение статической характеристики без обратной связи. Затем по методу, изложенному в § 26.7, строят статическую характеристику усилителя с обратной связью Н подбирают необходимое значение коэффициента обратной связи Кос

Следует отметить, что ширина петли характеристики (см. рис. 26.8, в) магнитного реле уменьшается, а ток холостого хода увеличивается при больших значениях В_тпх. Обычно эту величину выбирают на колене кривой намагничивания (выше линейного участка).

Высокая стабильность — одно из главных требований, предъявляемых к магнитному реле. Установлено, что ток срабатывания более стабилен, чем ток отпускания. Объясняется это тем, что ток отпускания зависит от максимального тока нагрузки, который, в свою очередь, зависит от колебаний напряжения питания и сопротивления нагрузки. Поэтому целесообразно применять бесконтактные магнитные реле, работающие на «замыкание».

Для получения достаточной стабильности желательно иметь индуктивное сопротивление рабочих обмоток во много раз большим активного сопротивления нагрузки, что снизит влияние колебаний активного сопротивления на характеристики реле. Для стабилизации тока срабатывания целесообразно применение схемы с автоматическим смещением (см. рис. 26.8, б).

При конструировании бесконтактных магнитных реле используются те же материалы и сердечники, что и для магнитных усилителей. Однако следует иметь в виду, что пермаллои очень чувствительны к механическим нагрузкам, даже к таким сравнительно малым, которые создаются обмотками. Поэтому кольцевые магнитопроводы заключают в защитные каркасы, поверх которых и размещаются обмотки. Все реле также закрывают коробкой и иногда заливают изоляционными компаундами, что кроме защиты от механических воздействий обеспечивает и повышение надежности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Автоматика—это передний край научно-технического прогресса. В области автоматики изменения происходят очень быстро. Элементы автоматики непрерывно совершенствуются. В книге, которую Вы прочли, рассмотрены современные электромеханические элементы систем автоматики, тенденции и перспективы развития электромеханических и электромагнитных элементов. Кроме того, существуют элементы автоматики, работающие на других принципах (например, полупроводниковые усилители, тирис-торные реле и контакторы, гидравлические исполнительные устройства, пневматические датчики и преобразователи). Необходимо уметь правильно выбрать тип элемента для конкретного применения. Нет четких постоянных правил и установок — когда следует применять элементы одного типа, а когда — другого, поскольку появляются новые элементы. Можно сказать, что элементы разных типов конкурируют между собой.

В последнее время все большее значение приобретает задача охраны окружающей среды. Проблемы экологии важны для всей нашей планеты. Свою роль здесь должны сыграть и элементы автоматики, прежде всего электрические датчики контроля воздушной и водной среды. В настоящее время, например, разработаны нормы допустимых концентраций более чем на 500 газообразных, парообразных веществ и аэрозолей. Соответственно необходимы и датчики, позволяющие автоматически измерять эти концентрации в разных точках и передавать информацию на расстояние. В основном это электрохимические датчики.

Элементы автоматики экологического назначения разрабатываются и совершенствуются ускоренными темпами. Одновременно появляются и датчики новых типов, что объясняется двумя причинами. Человек осваивает для технического использования новые зоны: с очень низкими и очень высокими температурами; с высокими давлениями и космическим вакуумом; со сверхвысокими скоростями и т. д. Традиционные способы измерения и датчики здесь не всегда пригодны. Кроме того, используются новые, ранее не используемые на практике физические явления, применяются новейшие материалы и технологии.

Что касается коммутационных электромеханических элементов и магнитных усилителей, то едва ли можно ожидать существенного расширения их применения, поскольку у них есть «конкуренты» — бурно развивающиеся полупроводниковые приборы. Уже выпускаются тиристорные пускатели, в ряде случаев заменяющие магнитные пускатели. Для малых мощностей (до десятков ватт) полупроводниковые усилители, как правило, предпочтительнее магнитных. Но для средних мощностей (до 1—2 кВт) пока еще чаще применяют магнитные усилители. Вообще порой при проектировании систем автоматики бывает целесообразно сочетать достоинства элементов разных типов (в том числе не только электромеханических и полупроводников, но и гидравлических, пневматических).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вабиков М. А., Косинский А. В. Элементы и устройства автоматики: — М.: Высшая школа, 1978.

2. Волков Н. И., Милопзоров В. П. Электромашинные устройства автоматики.— М.: Высшая школа, 1986.

3. Евдокимов Ф. Е. Теоретические основы электротехники. — М.: Высшая школа, 1975.

4. Жданов Л. С, Жданов Г. Л. Физика для средних специальных учебных заведений. — М.: Наука, 1987.

5. Кацман М. М. Электрические машины и электропривод автоматических устройств. — М.: Высшая школа, 1987.

6. Квартин М. И. Электромеханические и магнитные устройства автоматики.— М.: Высшая школа, 1979.

7. Клюев А. С. Автоматическое регулирование. — М.: Высшая школа, 1986.

8. Михайлов О. П., Стоколов В. Е. Электрические аппараты и средства автоматизации. — М.: Машиностроение, 1982.

9. Преображенский А. А., Шамрай Б. В. Электромагнитные устройства информационно-измерительной техники. — М.: Высшая школа, 1982.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие 3

Введение 5

РАЗДЕЛ I

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕМЕНТАХ АВТОМАТИКИ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ

Глава 1. Классификация элементов систем автоматики 7

§ 1.1. Состав систем автоматики 7

§ 1.2. Физические основы работы электромеханических и магнитных

элементов 10

§ 1.3. Статические характеристики 12

§ 1.4. Динамические характеристики 14

§ 1.5. Обратная связь в системах автоматики 16

Глава 2. Основные методы измерения и измерительные схемы 19

§ 2.1. Электрические измерения неэлсктрическнх величин 19

§ 2.2. Мостовая измерительная схема постоянного тока 21

§ 2.3. Чувствительность мостовой схемы 23

§ 2.4. Мостовая схема переменного тока 27

§ 2.5. Дифференциальные измерительные схемы 29

§ 2.6. Компенсационные измерительные схемы 32

РАЗДЕЛ II ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

Глава 3. Классификация электрических датчиков. Контактные датчики 36

§ 3.1. Типы электрических датчиков . .' 36

§ 3.2. Контактные датчики с дискретным выходным сигналом .... 37

Глава 4. Потенциометрические датчики 41

§ 4.1. Назначение. Принцип действия 41

§ 4.2. Конструкции датчиков 42

§ 4.3. Характеристики линейного потенцнометрнческого датчика ... 45

§ 4.4. Реверсивные потенциометрические датчики 47

§ 4.5. Функциональные потенциометрические датчики 50 '

Глава 5. Тензометрические датчики 54

§ 5.1. Назначение. Типы тензодатчнков 54

§ 5.2. Принцип действия проволочных тензодатчнков 54

§ 5.3. Устройство и установка проволочных тензодатчнков 57

§ 5.4. Фольговые, пленочные, угольные и полупроводниковые тензодатчики 59

§ 5.5. Методика расчета мостовой схемы с тензодатчикамн 62

Глава 6. Электромагнитные датчики 64

§ 6.1. Назначение. Типы электромагнитных датчиков 64

§ 6.2. Принцип действия и основы расчета индуктивных датчиков . . 65

§ 6.3. Дифференциальные (реверсивные) индуктивные датчики .... 70

§ 6.4. Трансформаторные датчики 77

§ 6.5. Магнитоупругне датчики 84

§ 6.6. Индукционные датчики 86

Глава 7. Пьезоэлектрические датчики 89

§ 7.1. Принцип действия 89

§ 7.2. Устройство пьезодатчиков 91

§ 7.3. Чувствительность пьезодатчика и требования к измерительной цепи 92

Глава 8. Емкостные датчики 93

§ 8.1. Принцип действия. Типы емкостных датчиков 93

§ 8.2. Характеристики и схемы включения емкостных датчиков ... 95

Глава 9. Терморезисторы 101

§ 9.1. Назначение. Типы терморезнсторов 101

§ 9.2. Металлические терморезисторы 102

§ 9.3. Полупроводниковые терморезисторы 104

§ 9.4. Собственный нагрев термисторов 107

§ 9.5. Применение терморезисторов 108

Глава 10. Термоэлектрические датчики 111

§ 10.1. Принцип действия 111

§ 10.2. Материалы, применяемые для термопар 113

§ 10.3. Измерение температуры с помощью термопар 116

Глава 11. Струнные датчики 120

§ 11.1. Назначение и принцип действия 120

§ 11.2. Устройство струнных датчиков 121

Глава 12. Фотоэлектрические датчики 125

§ 12.1. Назначение. Типы фотоэлектрических датчиков 125

§ 12.2. Приемники излучения фотоэлектрических датчиков 126

§ 12.3. Применение фотоэлектрических датчиков 130

Глава 13. Ультразвуковые датчики 136

§ 13.1. Принцип действия и назначение 136

§ 13.2. Излучатели ультразвуковых колебаний 137

§ 13.3. Применение ультразвуковых датчиков 139

Глава 14. Датчики Холла и магнитосопротивления 141

§ 14.1. Физические основы эффекта Холла и эффекта магнитосопротивления 141

§ 14.2. Материалы для датчиков Холла и датчиков магнитосопротивления 143

§ 14.1. Применение датчиков Холла и датчиков магннтосопротнвлення 144

РАЗДЕЛ III

КОММУТАЦИОННЫЕ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Глава 15. Коммутационные элементы 147

§ 15.1. Назначение. Основные понятия 147

§ 15.2. Кнопки управления и тумблеры 148

§ 15.3. Пакетные переключатели 151

§ 15.4. Путевые и конечные выключатели 154

Глава 16. Электрические контакты 157

§ 16.1. Режим работы контактов 157

§ 16.2. Конструктивные типы контактов 158

§ 16.3. Материалы контактов 160

Глава 17. Электромагнитные нейтральные реле 162

§ 17.1. Назначение. Принцип действия 162

§ 17.2. Основные параметры и типы электромагнитных реле 165

§ 17.3. Электромагнитные реле постоянного тока 166

§ 17.4. Последовательность работы электромагнитного реле 167

§ 17.5. Тяговая и механическая характеристики электромагнитного реле 169

§ 17.6. Основы расчета магннтопровода электромагнитного реле . . . 173

§ 17.7. Основы расчета обмотки реле 176

§ 17.8. Электромагнитные реле переменного тока 178

§ 17.9. Быстродействие электромагнитных реле 181

Глава 18. Электромагнитные поляризованные реле 185

§ 18.1. Назначение. Принцип действия 185

§ 18.2. Магнитные цепи поляризованных реле 185

§ 18.3. Настройка контактов и устройство поляризованного реле ... 189

§ 18.4. Вибропреобразователн 191

Глава 19. Специальные виды реле 195

§ 19.1. Типы специальных реле 195

§ 19.2. Магнитоэлектрические реле 196

§ 19.3. Электродинамические реле 197

§ 19.4. Индукционные реле 199

§ 19.5. Реле времени 201

§ 19.6. Электротермические реле 203

§ 19.7. Шаговые искатели и распределители 204

§ 19.8. Магнитоуправляемые контакты. Типы и устройство 206

§ 19.9. Применение магннтоуправляемых контактов 208

Глава 20. Контакторы и магнитные пускатели 210

§ 20.1. Назначение контакторов и магнитных пускателей 210

§ 20.2. Устройство и особенности контакторов 211

§ 20.3. Конструкции контакторов 212

§ 20.4. Магнитные пускатели 215

§ 20.5. Автоматические выключатели 219

Глава 21. Электромагнитные исполнительные устройства 220

§ 21.1. Назначение электромагнитных исполнительных устройств . . . 220

§ 21.2. Классификация электромагнитов 221

§ 21.3. Порядок проектного расчета электромагнита 223

§ 21.4. Особенности расчета электромагнитов переменного тока . . . 226

§ 21.5. Электромагнитные муфты 228

РАЗДЕЛ IV

МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ И МОДУЛЯТОРЫ

Глава 22. Магнитные усилители без обратной связи 231

§ 22.1. Физические основы работы магнитных усилителей 231

8 22.2. Принцип действия магнитного усилителя 235

5 22.3. Основные схемы и параметры нереверсивных магнитных усилителей 239

§ 22.4. Основные характеристики магнитных усилителей 243

§ 22.5. Теория идеального магнитного усилителя 246

§ 22.0. Инерционность идеального магнитного усилителя 250

§ 22.7. Графоаналитический способ построения статической характеристики магнитного усилителя 252

Глава 23. Магнитные усилители с обратной связью 255

§ 23.1. Назначение и способы введения обратной связи 255

§ 23.2. Однотактный магнитный усилитель с внешней обратной связью 256

§ 23.3. Инерционность магнитного усилителя с обратной связью 259

§ 23.4. Регулировка коэффициента обратной связи 260

§ 23.5. Характеристики реального магнитного усилителя с обратной связью 261

§ 23.6. Графическое построение статической характеристики магнитного

усилителя с обратной связью 262

§ 23.7. Магнитные усилители с внутренней обратной связью 264

Глава 24. Реверсивные магнитные усилители 266

§ 24.1. Статическая характеристика реверсивного (двухтактного)

магнитного усилителя 266

§ 24.2. Усилители с выходным переменным током 268

§ 24.3. Реверсивные магнитные усилители с выходным постоянным током 270

§ 24.4. Обратная связь в реверсивных магнитных усилителях .... 272

§ 24.5. Основы расчета магнитных усилителей 274

Глава 25. Магнитные усилители специального назначения 276

§ 25.1. Многокаскадный магнитный усилитель 276

§ 25.2. Быстродействующие магнитные усилители 278

§ 25.3. Операционные магнитные усилители 280

§ 25.4. Трехфазные магнитные усилители 282

Глава 26. Магнитные модуляторы и бесконтактные магнитные реле 284

§ 26.1. Назначение магнитных модуляторов 284

§ 26.2. Магнитные модуляторы с выходным переменным током основной

частоты 286

§ 26.3. Магнитные модуляторы с выходным переменным током удво- енной частоты 287

§ 26.4. Магнитные модуляторы с выходным импульсным сигналом 289

<j 26 5. Магнитомодуляционные датчики магнитных величин 291

§ 26.6. Назначение и принцип действия бесконтактных магнитных реле 292

§ 26.7. Характеристики и схемы бесконтактных магнитных реле 293

§ 26.8. Переходные процессы в бесконтактных магнитных реле ... 296 § 26.9. Основы расчета и конструирования бесконтактных магнитных реле 297

Заключение 299

Список литературы 300