Характеристики и схемы бесконтактных магнитных реле

Выполним графическое построение характеристики бес­контактного магнитного реле с помощью метода, рассмотренного в § 23.6.

Прежде всего строим характеристику магнитного усилителя без обратной связи, откладывая по оси абсцисс напряженность управ­ляющего поля (и соответствующее ей значение тока управления /_у) и по оси ординат напряженность (и соответствующее ей

значение тока нагрузки ). Для идеального магнитного усилителя , поэтому линейный участок характеристики / на рис. 26.7 имеет угол наклона к оси ординат 45°. На этом же графике строим характеристику обратной связи, представляющую собой прямую 2, проведенную по отношению к оси ординат под углом

Так как мы проводим построение для случая , то и

прямая 2 проходит ниже линейного участка характеристики 1. Пе­ресечение характеристики / и прямой 2 дает значение тока нагруз­ки при Затем проводим несколько прямых, параллельных прямой / из различных точек, соответствующих новым значениям Обратите внимание, что при этом пересечение происходит не в одной, а в двух и даже трех точках. Теоретически характерис­тика имеет S-образную форму. Часть этой характерис­тики (участок бв на рис. 26.7) показана пунктиром. Работа усили­теля на этом участке невозмож­на, поскольку электрическая цепь находится в неустойчивом режиме. Реальная характеристи­ка показана сплошной линией. При постепенном изме­нении управляющего сигнала (начиная с больших отрицатель­ных значений — ) в сторону увеличения (абсолютное значе­ние тока при этом уменьшается) ток в нагрузке сначала плавно изменяется до точки в. Дальней­шее изменение тока в этом же направлении приводит к скачко­образному изменению тока: переход из точки в в точку а. Затем снова происходит плавное незначительное изменение тока нагруз­ки: участок характеристики правее точки а.

При изменении управляющего тока в противоположном направле­нии (от положительных значений до отрицательных) ток нагруз­ки сначала плавно изменяется до точки б, в которой происходит ска­чок к минимальному значению в точке г. В результате характерис­тика получает вид, как у поляризованного реле с размыкающим контактом. Максимальное значение тока соответствует замыка­нию контакта, а минимальное значение тока нагрузки — размыка­нию контакта. В обычном контактном реле это минимальное зна­чение тока нагрузки естественно равно нулю.

Схемы бесконтактных магнитных реле со смещением показаны на рис. 26.8, а, б. В схеме по рис. 26.8, а обмотка смещения пита­ется от самостоятельного источника питания. На практике благода­ря смещению можно получить разный вид характеристик бескон­тактного реле (рис. 26.8, в).

Если сместить характеристику вправо таким образом, чтобы ось ординат проходила посередине петли гистерезиса этой харак­теристики (рис. 26.8, в), то бесконтактное магнитное реле может выполнять роль триггера, т. е. запоминающего устройства. При реле имеет два устойчивых состояния (точки а и б на рис. 26.8, в). Реле будет находиться в том состоянии, в котором оно находилось до снятия управляющего сигнала Если раньше ток уп­равления был отрицательным, то состояние реле определяется точ­кой а (минимальный ток нагрузки). Если раньше ток управления был положительным, то состояние реле определяется точкой б (мак­симальный ток нагрузки). Значит, такое реле «запоминает» свое предыдущее состояние.

Правда, если временно будет отключено напряжение питания, то после его повторного включения состояние реле будет неопре­деленным (а или б). Оно обусловлено случайными причинами: не­идентичностью сердечников и обмоток.

В схеме по рис. 26.8, б обмотка смещения питается выпрямлен­ным током от того же источника, что и рабочая обмотка. Этим обес­печивается стабилизация тока срабатывания при колебаниях напря­жения питания.

Для основных параметров бесконтактного магнитного реле при­няты те же термины, что и для обычных контактных реле. Ток уп­равления, при котором ток нагрузки изменяется скачком от минимального до максимального значения, называют током срабатыва­ния. Соответственно ток управления, при котором ток нагрузки скачком уменьшается, называют током отпускания.

Недостатками бесконтактных магнитных реле являются следу­ющие их отличия от обычных реле: переключение происходит лишь в одной цепи (заменяется как бы только одна пара контактов), минимальный ток отличен от нуля.

§ 26.8. Переходные процессы в бесконтактных магнитных реле

Важным преимуществом бесконтактных магнитных реле по сравнению с обычными электромеханическими реле является более высокое быстродей­ствие.

Рассмотрим, как происходит изменение во времени токов в обмотках маг­нитного реле по графикам, приведенным на рис. 26.9. Здесь показаны кривые изменения тока управления и тока нагрузки при изменении входного сиг­нала , вызывающего скачкообразное изменение (уменьшение) тока в нагруз­ке, соответствующее «размыканию» кон­такта, т. е. «отпусканию». На графиках использовали обозначения: — ток срабатывания; — ток отпускания.

В процессе отпускания реле можно выделить три этапа.

Первый этан начинается с исходно­го состояния реле при В этом состоянии ток в нагрузке имеет макси­мальное значение, и при подаче отри­цательного тока управления ток нагрузки мало изменяется (участок аб на рис. 26.9, а и участок аб на рис. 26.9, о). Длительность этого этапа определяется скоростью нарастания то­ка в обмотке управления (см. гра­фик на рис. 26.9, б). В связи с тем что сердечники насыщены, индуктивность будет мала, а следовательно, и посто­янная времени на первом этапе ма­ла. Промежуток времени от 0 до судя по графикам (рис. 26.9, б, в), очень невелик.

Второй этап длится с момента вре­мени до Именно за это время происходит изменение тока в нагруз­ке от максимального до минимального значения. Насыщение сердечников обу­словлено током нагрузки который одновременно является и током в цепи обратной связи. Поскольку ток и насыщение уменьшаются, возрастает индук­тивность обмотки управления. В обмотке увеличивается ЭДС самоиндукции, направленная навстречу приложенному напряжению Ток управления плав­но уменьшается (от точки б к точке в на графиках 26.9, а, б) с большой по­стоянной времени, которая определяется выражением Соответст­венно уменьшается и ток в нагрузке (график на рис. 26.9, в).

На третьем этапе (при ) ток в обмотке управления быстро нарастает

до установившегося значения /_ууСт, определяемого приложенным напряжением U_y н сопротивлением обмотки управления Длительность

этого этапа невелика, поскольку на участке вг (рис. 26.9, а) обратная связь в усилителе из положительной становится отрицательной и снижается постоян­ная времени с

Поскольку постоянные времени на первом и третьем этапе относительно малы, время отпускания реле определяется в основном длительностью второго этапа, т. е.

Дифференциальное уравнение цепи управления для второго этапа имеет вид

Так как при имеем то решение этого уравнения имеет вид

Из графика переходного процесса (рис. 26.9, б) видим, что при ток

управления

Подставляя это значение в уравнение, после преобразований получим

где —коэффициент запаса по току срабатывания; —

коэффициент возврата.

Процесс срабатывания («замыкания» контактов) бесконтактного магнитного реле также можно представить состоящим из трех аналогичных этапов. При этом время срабатывания также в основном определяется длительностью вто­рого этапа:

(26.2)

Анализ выражений для и показывает, что повысить быстродействие

бесконтактных магнитных реле можно путем уменьшения (т. е. постоянной времени магнитного усилителя без обратной связи); повышением коэффи­циента обратной связи ; увеличением коэффициента возврата Нетруд­но видеть, что для увеличения надо с помощью смещения переместить статическую характеристику влево. При этом величина в пределе стремит­ся к единице. Пределом для времени срабатывания (или отпускания) магнит­ного реле является длительность полупериода питания.

С повышением частоты питания, как и у магнитных усилителей, происхо­дят повышение быстродействия бесконтактных магнитных реле и уменьшение их габаритов.