Автоматизация технологических процессов в производстве (стр. 12 из 32)
3.6 ФОТОРЕЛЕ
Фотореле называется устройство, скачкообразно переключающее электрическую цепь при изменении освещенности.
В качестве элементов, реагирующих на освещенность, в фотореле используются фотоэлемент (фотодиод, фототранзистор или фоторезистор). Принципиальная схема одного из фотореле изображена нa рис. 3-9. Если фотодиод Д1 не освещен, то транзистор Т1 закрыт, так как внутреннее сопротивление Д1 велико и током базы можно пренебречь. Реле Р1 выключено.
Рис.3-9 - Принципиальная схема фотореле.
При освещении фотодиода его внутреннее сопротивление резко уменьшается и возникает ток в цепи: +Eк, эмиттер-база транзистора, фотодиод Д1—Ек. Транзистор открывается, реле P1 включается. Диод Д2 предохраняет транзистор от пробоя.
Реле контроля скорости
В схемах торможения противотоком асинхронных электродвигателей широко применяют индукционное реле контроля скорости (рис. 3-10). С валом электродвигателя, угловую скорость которого необходимо контролировать, связывают входной вал реле 5, на котором установлен цилиндрический постоянный магнит 4. При вращении электродвигателя поле магнита пересекает проводники короткозамкнутой обмотки 3 поворотного статора 6. В обмотке наводится ЭДС, величина которой пропорциональна угловой скорости вращения вала. Под ее воздействием в обмотке появляется ток и возникает сила взаимодействия, стремящаяся повернуть статор 6 в сторону вращения магнита.Рис. 3-10
При определенной частоте вращения сила возрастает настолько, что упор 2, преодолевая сопротивление плоской пружины, переключает контакты реле. Реле снабжено двумя контактными узлами: 1 и 7, которые переключаются в зависимости от направления вращения. Индукционное реле контроля скорости имеет довольно сложную конструкцию и низкую точность, которая может быть приемлемой только для грубых систем управления. Более высокая точность контроля скорости может быть получена с помощью тахогенератора — измерительной микромашины, напряжение на зажимах которой прямо пропорционально скорости вращения. Тахогенераторы используют в системах обратной связи регулируемого привода с большим диапазоном изменения скорости, и поэтомуРис. 3-11
погрешность их составляет всего несколько процентов. Наибольшее распространение имеют тахогенераторы постоянного тока. На рис. 3-11 показана схема реле контроля скорости электродвигателя М с применением тахогенератора G, в цепь якоря которого включено электромагнитное реле К и регулировочный реостат R. Когда напряжение на зажимах якоря тахогенератора превысит напряжение срабатывания, реле производит переключение во внешней цепи. С увеличением сопротивления цепи якоря точность работы схемы повышается. Поэтому иногда реле подключают к тахогенератору через промежуточный полупроводниковый усилитель. Возможно также использование для этой цели полупроводниковых бесконтактных пороговых элементов, обладающих стабильным напряжением срабатывания.
Надежность работы схемы может быть повышена, если тахогенератор постоянного тока заменить бесконтактным асинхронным тахогенератором. Асинхронный тахогенератор имеет полый немагнитный ротор, выполненный в виде стакана. На статоре размещены две обмотки, находящиеся под углом 90° друг к другу. Одну из обмоток включают в сеть переменного тока. С другой обмотки снимают синусоидальное напряжение, пропорциональное частоте вращения ротора. Частота выходного напряжения всегда равна частоте сети.
В современных исполнительных электродвигателях постоянного тока тахогенератор встраивают в один корпус с машиной и устанавливают на одном валу с основным двигателем. Это уменьшает пульсации выходного напряжения и повышает точность регулирования скорости. В электродвигателях серии ПБСТ обычно применяют тахогенераторы постоянного тока типа ПТ-1 с электромагнитным возбуждением. Высокомоментные электродвигатели постоянного тока имеют встроенный тахогенератор с возбуждением от постоянных магнитов.В тех случаях, когда электродвигатель М постоянного тока тахогенератора не имеет, его скорость можно контролировать измеряя ЭДС якоря. Для этого используют схему тахометрического моста (рис. 3-12), который образован двумя резисторами: R1 и R2, якорем Rя и добавочными полюсами машины Rдп. Выходное напряжение тахометрического моста Uвых = U1-Uдп.
Рис. 3-12
Конденсаторное реле времени с импульсным питанием
Дальнейшее увеличение выдержки времени достигается питанием конденсатора импульсным напряжением с большой скважностью импульсов (рис. 3-13, а). При этом кратковременные периоды t1 изменения напряжения конденсатора чередуются с длительными периодами времени Т—tl когда это напряжение останется неизменным. В результате выдержка времени увеличивается в несколько раз. Подобный принцип используют во многих современных реле времени, получая при этом выдержку времени 10—20 мин. В схеме реле (рис. 3-13,б) конденсатор С1 заряжается импульсами, генерируемыми блокинг — генератором Г с частотой 50—100 Гц. Длительность импульсов 3—5 мкс. Конденсатор включен по мостовой схеме, в диагонали которой имеются пороговый элемент — диод V,настроенный на заданное напряжение срабатывания, которое снимается с делителя R2—R1.
После заряда конденсатора диод V открывается и через разделительный конденсатор С2 выдает управляющий импульс на выходной триггер Т, коммутирующий цепь электромагнитного реле К. Приведенная погрешность подобных реле может быть снижена до 1,5%.
Рис. 3-13
Реле времени
Электрическое реле с нормируемым временем включения или отключения называют реле времени. Подобные реле обеспечивают выдержку времени от миллисекунд до нескольких часов. Для получения небольших выдержек времени (нескольких секунд) используют электромагнитные реле в сочетании со схемами (рис. 3-14), замедляющими изменение тока в катушке реле. Такие реле времени не отличаются стабильностью, но они находят достаточно широк ое применение благодаря своей простоте и невысокой стоимости.
В схеме на рис. 3-14, а для замедления срабатывания параллельно катушке реле КТ подключен конденсатор С. При замыкании управляющего контакта К конденсатор шунтирует обмотку, и ток в катушке начинает протекать только после того, как конденсатор зарядится и его сопротивление возрастет.Рис. 3-14
Добавочный резистор R ограничивает начальное значение тока в цепи. Все схемы замедления отпускания реле основаны на использовании энергии, запасенной в магнитном поле катушки для поддержания тока после разрыва цепи питания реле. В схемах на рис. 3-14, б и в после размыкания контакта К уменьшающийся магнитный поток наводит ЭДС в обмотке реле, под действием которой по цепи протекает ток iк. удерживающий якорь в притянутом состоянии. Схемы характеризуются дополнительными потерями мощности, возникающими в резисторе R. Этого не происходит в схеме, показанной на рис. 3-14, г, в которой последовательно с резистором включен диод V. Поэтому в стационарном режиме ток через резистор не протекает. Для получения значительной выдержки времени реле должно быть достаточно массивным, чтобы обеспечить необходимый запас магнитной энергии.
Аналогичный принцип используется в реле времени постоянного тока с электромагнитным замедлением и демпфирующей короткозамкнутой обмоткой (рис. 3-15). При отключении обмотки реле 1 от сети магнитный поток в сердечнике 2 уменьшается. Это приводит к появлению ЭДС в массивной шайбе 3, обхватывающей сердечник. Сопротивление шайбы очень мало, поэтому в ней возникает большой ток, подмагничивающий сердечник. В результате магнитный поток в сердечнике реле убывает значительно медленнее, якорь 5 остается в притянутом положении и контакты реле 4 размыкаются с выдержкой времени до 10 с.
Существуют конструкции реле времени, в которых роль короткозамкнутой обмотки выполняет медная гильза, надетая на сердечник. Выдержку времени реле регулируют изменением зазора между якорем и сердечником или натяжением пружины 6. Это изменяет значение потока отпускания Фотп (рис. 3-15, б), при котором начинается движение якоря. При сильном ослаблении пружины отпускание якоря происходит на пологом участке кривой Ф(t), и величина выдержки времени становится неопределенной. Это ограничивает диапазон регулирования реле.
Выдержку времени можно также регулировать применением ссаживающей катушки, создающей дополнительный размагничивающий магнитный поток. В результате магнитный поток в сердечнике уменьшается быстрее (штриховая кривая на рис. 3-15, б) и выдержка времени изменяется от t2 до t1. Рис. 3-15Для получения большей выдержки увеличивают объем магнитной системы реле и применяют материалы с высокой магнитной проницаемостью. Магнитопровод реле работает в режиме насыщения. Поэтому изменение напряжения питания практически не влияет на начальный магнитный поток и, следовательно, на стабильность выдержки времени. Однако выдержка времени существенно зависит от изменения температуры шайбы 3, влияющей на электрическое сопротивление и величину подмагничивающего тока. Это увеличивает погрешность реле до 5—10%.