книги / Электрические аппараты автоматического управления
..pdfТабл. 9.14. Технические данные магнитных логических элементов
Н аим енование цепи Р о д тока Н апряж ен ие, в
Напряжение |
питания |
|
элемента |
Переменный 50 гц |
220 |
ЭЛМ-100Т |
|
|
|
|
|
Напряжение |
питания |
элементов |
Переменный |
220/127 |
|
ЭЛМ-Д и ЭЛМ-Б |
|
|
частотой 50 гц |
|
|
Напряжение |
питания |
управляющей |
то же |
6 |
|
обмотки элементов |
|
|
|
|
|
Напряжение |
питания |
рабочей обмот |
то же |
12 |
|
ки элементов |
|
|
|
|
|
Напряжение |
смещения |
элементов |
то же |
24 |
|
Напряжение |
смещения |
усилителей |
Выпрямленный, |
20 |
|
|
|
|
|
двухполупе- |
|
|
|
|
|
риодный |
|
Напряжение управления (напряжение |
Переменный час |
9—12 |
|||
входных сигналов) |
|
|
тотой 50 гц |
|
|
|
|
|
|
постоянный |
12—15 |
|
|
|
|
выпрямленный, |
3—12 |
|
|
|
|
одиополу- |
(среднее значе |
|
|
|
|
периодный |
ние за период) |
9.6.3.Бесконтактные элементы структурных математических моделей
Всхемах автоматического управления все большее распро странение получают бесконтактные линейные и нелинейные эле менты структурных математических моделей, оформляемых в ви де блоков. Каждый такой блок выполняет определенную матема тическую операцию, например суммирование нескольких величин, интерполирование, дифференцирование, перемену знака величины, аппроксимирование и т. д. Если собрать эти блоки в схему, свя зав их между собой по определенному правилу, то такая схема позволит моделировать переходные процессы того или иного физического процесса, а также решать дифференциальные урав нения, описывающие эти переходные процессы. Если осуществить набор необходимых блоков, питания, средств измерения и ком
мутации, то можно получить электронную моделирующую счет ную машину.
9.6.4. Бесконтактные элементы электронных цифровых машин (ЭЦМ)
В практику все более и более входят бесконтактные эле1\1енты дискретного счета. Особенно широкое распространение эти эле менты получили в электронных цифровых машинах, в качестве счетчиков импульсов, регистров и сумматоров арифметических устройств, а также «памяти» этих машин.
Во всех этих устройствах используют триггер как элемент арифметического устройства и «памяти». В последних конструк циях ЭЦМ устройства «памяти» выполняются на ферритовых сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса. Эти бескон тактные элементы позволяют создавать конструкцию матричного запоминающего устройства ЭЦМ.
В современных электронных цифровых машинах число эле ментов столь велико, а мощность этих элементов столь незначи тельна, что говорить о наличии у них контактов просто не прихо дится. По самой сущности и назначению ЭЦМ должны быть только бесконтактными. Поэтому ЭЦМ — наиболее типичный пример бесконтактного устройства.
§ 9.7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
9.7.1. Общие сведения
Для питания схем автоматического управления, в которых используется оборудование, имеющее самые различные характе ристики, все чаще прибегают к стабилизированному напряжению или стабилизируют ток.
Для этого используют автоматические бесконтактные электри ческие аппараты — стабилизаторы. В зависимости от характера входных и выходных параметров (напряжение, мощность, часто та и др.) различают стабилизаторы тока, напряжения, мощности, частоты и т. п.
Наибольшее распространение в практике имеют стабилиза торы тока и напряжения, которые можно разделить на следую щие группы.
1 . Электромагнитные стабилизаторы,
2 . Стабилизаторы, использующие элементы с нелинейной ха рактеристикой (специальные, сопротивления, барретеры, лампы
стлеющим разрядом и др.).
3.Стабилизаторы на магнитных усилителях.
9.7.2. Электромагнитные стабилизаторы
Принцип работы электромагнитных стабилизаторов основан на использовании нелинейной зависимости между током и пото ком в стальном сердечнике при насыщении последнего. Это мож но пояснить таким примером. Пусть имеется два стальных сер дечника: насыщенный 1 и ненасыщенный 2 (рис. 9.67, а). Во вторичную цепь первого сердечника включена нагрузка, или непосредственно напряжение Uf.
Если |
построить характеристики £/i=cp(/), £/2 = ф 2 (/) и |
|
и=ц)3(1) |
(рис. 9.67,6), то |
можно увидеть, что при изменении |
тока от /1 |
до / 2 напряжение |
на нагрузке меняется незначительно, |
от [/' до U", так как незначительно изменяется Ui. Вместе с тем
напряжение сети при изменении тока от Л до / 2 меняется* в зна чительных пределах (Д(У). Таким образом, имеет место стабили зация напряжения на нагрузке Z„.
Характеристики £/i=cpi(/) и £/2 =сро(/) должны складываться геометрически для получения зависимости [/'= (р3(/). Рассмотрен ная схема электромагнитного стабилизатора не получила широ кого распространения, так как в таком виде она не обеспечивает достаточной стабильности напряжения и имеет невысокие энерге тические показатели. Для улучшения характеристики такого стабилизатора необходимо иметь компенсационные обмотки. Это осуществляется в конструкциях трехстержневых стабилиза торов, в которых объединены свойства двух сердечников. Однако все перечисленные конструкции электромагнитных стабилизато ров не получили достаточного распространения, так как они име ют более низкий к. п. д. в сравнении с так называемыми феррорезонансными стабилизаторами.
Феррорезонансные стабилизаторы могуть быть выполнены по схемам резонанса напряжения и резонанса тока. В этих схемах вместо ненасыщенного сердечника включается емкость. В прак тике преимущественное распространение получили стабилизато ры, работающие по схеме резонанса тока, так как эта схема имеет лучшие показатели по сравнению со схемой резонанса напряжения.
Принципиальная схема феррорезонансного стабилизатора напряжения, выполненного по схеме резонанса тока, приведена на рис. 9.68. В этом стабилизаторе используется индуктивность
рассеяния дросселя при увеличении его насыщения. Стабилиза тор состоит из трансформатора с первичной обмоткой, располо женной на ненасыщенной части магнитопровода с магнитным шунтом. Шунт имеет большое магнитное сопротивление. Вторич ная обмотка трансформатора расположена на насыщенной части магнитопровода. Емкость С включена параллельно вторичной обмотке. Нагрузка включена во вторичную обмотку последова тельно с компенсационной обмоткой. До насыщения магнитопро вода, когда напряжение сети первичной обмотки равно, ниже или незначительно превосходит номинальное, поток первичной обмот ки не заходит в шунт и замыкается через сердечники первичной и вторичной обмоток.
При возрастании напряжения на первичной обмотке сердеч ник вторичной обмотки насыщается, что приводит к возникнове нию большой индуктивности рассеяния, и магнитный поток за мыкается через магнитный шунт, т. е. возникает параллельная
ветвь в магнитной цепи. Это приводит к тому, что магнитный по ток в стержне вторичной обмотки сохраняется неизменным при изменении напряжения сети первичной обмотки.
Таким образом, резонансная схема становится стабилизато ром. При изменении напряжения сети напряжение на нагрузке изменяется незначительно. Напряжение сети будет равно
0=U2-\-Ixр, где л:р — индуктивность рассеяния. Емкость С вклю чается на полное напряжение вторичной обмотки. Основным не достатком всех электромагнитных стабилизаторов является их чувствительность к частоте питающей сети.
Стабилизаторы напряжения электромагнитные типа СНЭ (рис. 9.68) применяются в тех случаях, когда необходимо иметь стабильное напряжение при меняющемся напряжении сети.
Стабилизатор представляет собой трансформатор с большой индуктивностью рассеяния, зависящей от магнитного шунта, которым снабжен магнитопровод. Вторичная обмотка нагружена на емкость С.
В результате взаимодействия емкости и индуктивности рас сеяния часть магнитопровода, связанная со вторичной обмоткой, работает в режиме магнитного насыщения. В силу этого напря жение на вторичной обмотке изменяется в меньшей степени, чем напряжение сети. На ненасыщенной части трансформатора, кро ме первичной обмотки, имеется еще и компенсационная обмотка /гк, напряжение которой пропорционально напряжению сети. Число витков пк таково, что геометрическая сумма напряжений обмоток пк и «з в определенной области изменения напряжения сети Uo остается постоянной. Этим и достигается стабилизация напряжения UCTаб. Конструктивно стабилизатор выполнен из магнитопровода броневого типа с магнитным шунтом, собранным из трансформаторной стали. В силу большого рассеяния транс форматор смонтирован на основании из немагнитного материала.
9.7.3.Стабилизаторы, использующие элементы с нелинейной характеристикой
Барретер (рис. 9.69) представляет собой стеклянную колбу, наполненную водородом, в которую помещена стальная или воль фрамовая нить. Если ток, проходящий через нить, будет возрас тать, то и сопротивление нити нелинейно будет возрастать, т. е. барретер имеет нелинейную характеристику. Барретер может работать на постоянном и переменном токе. Обозначение типа, например 0,ЗБ17-35, следует расшифровать так: 0,3 — номиналь
ный ток =0,3 |
а, |
17 — нижний предел напряжения барретирова- |
ния £/б1 = 1 7 |
в и |
{7 G2 = 3 5 в. Недостатком барретероз является |
наличие тепловой инерции нити, в силу чего ее сопротивление не успевает изменяться с частотой питающего тока. Для постоян ного тока этот недостаток не имеет значения.
В табл. 9.15 приведены данные некоторых типов барретеров.
Табл. 9.15. Барретеры
|
00 |
П арам етры |
сч |
|
5 |
|
сч |
|
о |
0,ЗБ 17-35 |
0.3Б65-135 |
I
Типы |
|
ю |
ю |
LO |
in |
т |
СП |
LO |
3 |
сч |
|
о |
о |
|
1Б5-9 |
1DI0-17 |
Напряжение нижнего |
предела |
12 |
17 |
65 |
5,5 |
5,5 |
5 |
10 |
|
барретирования (Уо.мин, в |
|||||||||
Напряжение верхнего |
предела |
18 |
35 |
135 |
12 |
12 |
9 |
17 |
|
барретирования |
U о.м а к с, в |
||||||||
Ток нижнего предела |
баррети |
247 |
275 |
275 |
415 |
830 |
960 |
960 |
|
рования /с .м и н , |
ма |
|
|||||||
Ток верхнего предела |
баррети |
263 |
325 |
225 |
435 |
870 |
1040 |
1040 |
|
рования / б .м а к с, |
Ма |
|
|||||||
Номинальный ток, ма |
|
225 |
300 |
300 |
425 |
850 |
1000 |
1000 |
|
Динамическое сопротивление гд, |
375 |
360 |
1400 |
325 |
160 |
50 |
900 |
||
ом |
|
|
|||||||
^ б .м а к с |
^ б .м и н |
|
|
|
|
|
|
|
|
/ G.м а к с |
1б.м ни |
|
|
|
|
|
|
|
|
Стабилизаторы на терморезисторах (рис. 9.70). Терморези сторы характеризуются высоким отрицательным температурным
коэффициентом (до 0,04— ) и при нагревании меняют свое сопро-
тивление в весьма широких пределах. Это их свойство и исполь зуется для автоматической стабилизации напряжения.
На рисунке сопротивление резистора Rn последовательно включено с постоянным сопротивлением г0, которое подобрано соответствующим образом. Если напряжение сети (Увх снижается, то ток в ветви г0 и Rn уменьшается, сопротивление Rn возрастает, что ведет к еще меньшему значению тока. Поэтому падение на пряжения на сопротивлении Г\ уменьшается, а на нагрузке и вет ви г0 и Rn возрастает до своего исходного значения. При росте напряжения сети t/BXток в ветви г0 и Ru возрастает, сопротивле ние Rn уменьшается, возрастает падение напряжения на сопро тивлении /*1, а в результате напряжение на нагрузке и ветви г0 и Rn снизится и станет близким к исходному.
Стабилизаторы напряжения на варисторах (рис. 9.71, а и б). Известно, что варисторы изменяют свое сопротивление с изме нением напряжения на них. Это их свойство и используется для построения стабилизаторов напряжения. В схеме а варистор включен последовательно с постоянным сопротивлением R, а на грузка Rn включена на варистор. С изменением напряжения сети
а |
6 |
Рис. 9.71
изменяется сопротивление варистора, что в итоге приводит к по стоянству падения напряжения на нем и постоянству напряжения на нагрузке. В схеме б варисторы включены в противоположные плечи моста. При колебаниях напряжения сети t/BX возникает разбаланс моста, который сглаживает колебания напряжения на нагрузке. Если требуется высокая стабильность напряжения, то следует применять мостовую схему б.
Стабилизаторы напряжения с газонаполненными лампами тлеющего разряда. Эти стабилизаторы известны под названием
газовых стабилизаторов или стабиливольтов. Стабиливольт — это стеклянная газонаполненная лампа тлеющего разряда, имею щая два электрода — анод и холодный катод. Стеклянный баллон лампы заполнен инертным газом — аргоном или неоном. Конст руктивно анод выполняется в виде стерженька небольшого диа метра и размещается внутри катода, который имеет вид цилин дрика. Особенностью стабиливольтов является их способность сохранять постоянство напряжения при определенных плотностях
тока разряда. Это их свойство и положено в основу стабилиза торов напряжения, построенных на стабиливольтах.
Стабиливольты характеризуются величиной напряжения горе ния и пределами изменения тока через лампу, при которых на пряжение горения остается близким к постоянному, и напряже нием зажигания, которое несколько выше напряжения горения и которое необходимо приложить к стабиливольту, чтобы в нем возник тлеющий разряд.
Стабиливольты работают на постоянном токе. На рис. 9.72 приведена принципиальная схема стабилизатора с включением стабиливольта параллельно нагрузке. Желательно, чтобы напря жение стабиливольта ближе подходило к напряжению нагрузки. Для схемы рис. 9.72 связь между токами будет
/ с т = / я —I-н,
где / ст — ток стабиливольта;
/я — ток, протекающий через сопротивление R; 1и — ток нагрузки.
Сопротивление R определяется выражением
D_ Uo _ Uc UQT
TR ■“ “7^+TT’
где Uc — напряжение питающей сети; UCT— напряжение стабиливольта.
На рис. 9.73 приведена принципиальная схема стабилизатора напряжения с включением стабиливольта последовательно на грузке, где и добавочное и балластное сопротивления. Кроме приведенных схем включения стабиливольтов в схемы стабилизаторов напряжения, применяют еще и мостовые схемы (рис. 9.74), которые хотя и дороже, но наиболее приемлемы по
Рис. 9.75
качеству стабилизации. Общим недостатком схем стабилизации напряжения, построенных на стабиливольтах, является то, что стабиливольты обладают инерционностью и не сразу реагируют на изменение напряжения. Стабиливольты находят широкое применение в установках малой мощности (табл. 9.16).
Табл. 9.16. Типы стабиливольтов
|
|
|
|
|
Типы |
|
П арам етры |
|
СГ-2С |
с г -з с |
СГ-4С |
||
|
|
|
|
и СГ-1П |
||
Напряжение горения Ucт, в |
70— 81 |
105— 112 |
145— 160 |
|||
Напряжение зажигания |
1)3, в |
105 |
127 |
180 |
||
Пределы изменения тока через ста- |
|
|
|
|||
биливольт / с т , |
ма |
|
|
5 — 40 |
5— 40 |
5— 40 |
Динамическое сопротивление гд, ом |
|
|
|
|||
U ст.ыакс |
|
t/с т .м и н |
140— 260 |
80— 120 |
160— 220 |
|
Г д = / |
|
- |
/ |
|||
|
|
|
|
|||
1с т . м а к с |
|
1с т . м и н |
|
|
|
|
19 В. П . Красин
9.7.4. Стабилизаторы на магнитных усилителях
На рис. 9.75 приведена схема стабилизатора напряжения или тока с помощью магнитного усилителя 1>который рабочими об мотками включен последовательно с первичной обмоткой транс форматора 2. Так как МУ представляет собой переменное индук тивное сопротивление, изменяющееся в зависимости от тока подмагничивания, то на нем будет изменяться и падение напряжения. Если поставить задачу иметь неизменным напряжение на первич ной обмотке трансформатора или ток в питающей цепи, этого можно достигнуть путем изменения тока подмагничивания. На практике это достигается путем установки регулятора, кото рый автоматически изменяет ток управления МУ и тем самым обеспечивает поддержание напряжения или тока в цепи. На рис. 9.75: 3 — трансформатор тока — датчик, 4 — автоматиче ский регулятор, 5 — нагрузка.
Такая схема стабилизации тока или напряжения весьма широ ко применяется на предприятиях стеклянного волокна, в частно сти для питания стеклоплавильных сосудов.
§9.8. КОМПЛЕКТНЫЕ УСТРОЙСТВА С МАГНИТНЫМИ УСИЛИТЕЛЯМИ
Всвязи с широким распространением магнитных усилителей в схемах электропривода и автоматики потребовалась унифика ция их. Мощности МУ, применяемые в схемах автоматики, изме няются от долей вт до нескольких кет. Поэтому потребовалась разработка таких серий МУ, в которых имеются все необходимые элементы для выполнения функций регулирования и преобразо вания энергии. Этим требованиям отвечают комплектные устрой ства с магнитными усилителями. Они имеют напряжение 127, 220 и 380 в переменного тока 50 гц. Для систем, где требуется
повышенное быстродействие, малые габариты и вес на единицу
мощности, |
разработаны |
комплектные |
устройства на частоту |
||
400 гц. В большинстве |
случаев выход |
комплектных |
устройств |
||
осуществляется |
на выпрямленном токе. |
первичным |
датчикам |
||
Добавочные |
устройства (ДУ) к |
||||
(рис. 9.76) |
состоят из магнитного усилителя МУ, работающего |
||||
в релейном режиме, на выходе которого включено контактное реле РК питающего трансформатора Тр, выпрямителей и сопро тивлений. Применяются они в различных схемах для усиления сигналов первичных датчиков, обеспечения высокого коэффици ента возврата, уменьшения величины входного сигнала контакт ного реле, либо в тех случаях, когда срабатывание контактного реле должно определяться суммой нескольких, не связанных между собой сигналов.