Казаков Н.В., Кулагин Р.Н. Устройства электроавтоматики - файл n1.doc

приобрести
Казаков Н.В., Кулагин Р.Н. Устройства электроавтоматики
скачать (23686 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc23686kb.08.07.2012 22:27скачать

n1.doc

1   2   3   4
Глава 12. Контактные логические элементы. Контакторы. Пускатели

В схемах автоматического и программного управления различными производственными процессами, в устройствах сигнализации и блокировки в качестве элементов дискретного действия с двумя состояниями входа и выхода широко применяют электромагнитные реле. В зависимости от сочетания сигналов, поступающих от входных устройств (пусковые кнопки, конечные и проходные выключатели), такие схемы позволяют получать нужную последовательность включения исполнительных устройств (электроприводов, тяговых электромагнитов, электропневматических и электрогидравлических клапанов и т. п.). По существу, подобные схемы воплощают логические операции, той или иной сложности, состоящие из элементарных логических операций И, ИЛИ, НЕ. При этом протекание по обмотке реле тока, достаточного для срабатывания, принимается за 1 на входе реле, отсутствие тока в обмотке или его уменьшение до тока отпускания - за 0 на входе. Замкнутое состояние контактов принимается за 1, разомкнутое - за 0 как на выходе реле, так и на его входе, если обмотка включается контактами предыдущего реле.

Логические операции с помощью реле можно осуществить либо путем комбинации включения нескольких обмоток у многообмоточных реле, либо путем комбинации включения контактов реле.

Первый способ требует наличия у реле стольких обмоток, сколько входных величин имеет логическая связь. В этом случае токи и количество витков отдельных обмоток должны быть рассчитаны так. чтобы н. с. срабатывания или отпускания реле достигалась только при нужной логической комбинации входных сигналов (токов) в отдельных обмотках реле. Наиболее подходящим для этой цели является поляризованное реле с несколькими обмотками.

Например, для осуществления операции И на n входов реле должно иметь n обмоток, каждая из которых должна создавать н.с., равную 1/n н.с. срабатывания. В данном случае реле срабатывает только при наличии всех n сигналов на входе. При этом для отпускания реле при отсутствии хотя бы одного сигнала необходимо, чтобы н. с. n - 1 обмоток была меньше н. с. отпускания. Отсюда очевиден основной недостаток этого способа, заключающийся в требовании особой стабильности токов в обмотках.

Более удобен и распространен второй способ - выполнение логических операций на однообмоточных реле путем различных включений контактов.

Рассмотрим разные схемные решения с реле, на которых осуществляются некоторые логические операции и которые применяют в устройствах автоматического управления. Для начертания схем используют условные обозначения, часть которых приведена в табл. 8. Часто обозначения обмоток и контактов одного и того же реле отнесены на чертеже далеко друг от друга. В подобных случаях удобна следующая цифровая маркировка: обмотку реле обозначают буквой К контакты -буквой S двумя числами, из которых первое число означает номер реле, а второе, отделенное дефисом, - номер обмотки или контакта. Например. S12-4 - четвертые контакты двенадцатого реле, К5-2 - вторая обмотка пятого реле и т. п. Буквами KB обозначают концевой, а ПВ - проходной выключатели.

Схему И на n входов выполняют путем последовательного включения замыкающих контактов n реле.

Напряжение на выходе схемы появляется только при замыкании всех контактов A, В, С, т. е. при подаче сигналов (токов) в обмотки всех трех реле:

Р = А∙В∙С.



Рис. 29. Логические релейные элементы

Логическую операцию ИЛИ на п входов выполняют параллельным включением замыкающих контактов п реле. Напряжение на выходе появится при замыкании любого из контактов, т. е.

Р=А+В+С.


Условное обозначение

Наименование




Контакт замыкающий (КЗ)




Контакт размыкающий (КР)




Контакт переключающий (КП)




Кнопка включения



Кнопка выключения



Выключатель (ключ)



КЗ с выдержкой времени при отпускании



КР с выдержкой времени при срабатывании и отпускании



Контакт теплового реле с подогревом



Обмотка реле, контактора и магнитного пускателя



Контактор переменного тока с тремя замыкающими контактами с гашением дуги и одним размыкающим блок-контактом



Обмотка реле с замедлением при отпускании



Трехпозиционное поляризованное реле с одной обмоткой



Рис. 30. Элементы релейных схем

На размыкающих контактах этих реле может быть осуществлена операция И с отрицанием, если включить эти контакты параллельно:

.

Операцию НЕ производят, с помощью размыкающего контакта реле, включенного последовательно с выходом:



При составлении схем простейших логических операций рассмотренным методом минимальное число реле равно числу входных величин и, как правило, не зависит от количества выполняемых операций, так как почти всегда удается подобрать реле, имеющее достаточно большое число замыкающих и размыкающих контактов.

Логическая схема, осуществляющая операцию ПАМЯТЬ, представляет собой реле с самоблокировкой. Ее широко применяют для кнопочного управления каким-либо устройством (рис. 30, а). При нажатии кнопки ВКЛ замыкается цепь обмотки реле К1 оно срабатывает, замыкая блок-контакт S1-1. После отпускания кнопки ВКЛ цепь обмотки остается замкнутой через S1-1 до тех пор, пока она не будет прервана кратковременным нажатием на кнопку ОТКЛ. При этом реле приходит в нормальное состояние.

Если за входную величину А принять состояние кнопки ВКЛ. а за величину В — кнопки ОТКЛ, за выходную величину Р схемы принять состояние замыкающих контактов S1-2 этого реле, то поведение, схемы можно описать выражением

,

где за С принято состояние блок-контакта S1-1.

Взаимоблокировку (рис. 30, б) применяют для предотвращения срабатывания одного реле, если в этот момент времени уже сработало другое реле. Одновременное срабатывание обоих реле может привести к выходу системы из строя (например, одновременная подача на двигатель напряжений левого и правого вращения). Для осуществления взаимоблокировки размыкающие контакты одного реле, например S1-1, включают в цепь обмотки другого реле.

При включении В1 срабатывает реле K1 и контактами S1-1 размыкает цепь реле К2, так что при включенном SA1 замыкание выключателя SA2 не может привести к срабатыванию реле К2. Аналогично действуют контакты S2-1 в цепи обмотки реле K1.

Контакторы - это электромагнитные аппараты для включения и отключения силовых цепей с током от 10 до нескольких сотен ампер и напряжением до нескольких сотен вольт. Контакторы постоянного тока предназначены для коммутации цепей постоянного тока и имеют обмотку, питающуюся, как правило, постоянным током. Контакторы переменного тока предназначены для коммутации цепей переменного тока: их обмотка, как правило, питается переменным напряжением. Число цепей, которыми управляют контакторы (число главных контактов), обычно от 1 до 5 в зависимости от вида контактора. Главные контакты бывают как замыкающими, так и размыкающими. Помимо главных контактов контакторы имеют дополнительные маломощные блок-контакты, которые используются для самоблокировки, включения удерживающих обмоток (см. рис. 15, а) и коммутации дополнительных цепей. Контакторы большой мощности имеют дугогасительные средства.

Магнитные пускатели - вид контакторов, применяемых для включения трехфазных асинхронных двигателей. Различают пускатели магнитные нереверсивные (ПМ) и реверсивные (ПМР), изменяющие направление вращения двигателя. В цепях управления пускателей применяют само- и взаимоблокировку (рис. 31).



Рис. 31. Схемы магнитных пускателей:

а - нереверсивная; б — реверсивная — пуск, С — стоп, В — вперед; Нназад; РТ— контакты теплового реле; БК— блок-контакты: ЛК - линейные контакты; О — обмотка; АД— асинхронный двигатель)

Для защиты двигателей от перегрева в пускателях использованы биметаллические тепловые автоматы защиты, которые допускают протекание кратковременных пусковых токов двигателей, но размыкают цепь при небольших длительных перегрузках. Наличие тепловой защиты в двух фазах обеспечивает надежность защиты при несимметричных режимах работы.

В каталогах контакторы сгруппированы по роду коммутируемого тока. Выбор их производят, исходя из напряжения в цепи главных контактов, необходимого количества и вида главных и блок-контактов а также величины и длительности прохождения тока нагрузки.

Магнитные пускатели выбирают по мощности двигателя, управляемого пускателем, с учетом напряжения сети (127, 220, 380 или 660 В) и режима работы (длительный или повторно-кратковременный).

Для бесконтактного управления двигателями применяют силовые магнитные усилители [6].

Глава 13. Распределители импульсов

Шаговые искатели (распределители) применяют в телеизмерительных устройствах и устройствах производственного автоматического контроля и управления, задачей которых является поочередное «опрашивание» ряда цепей или осуществление более сложных переключений. Шаговый искатель создан на основе электромагнита (рис. 32).



Рис. 32. Устройство шагового искателя

По окружности или сектору располагаются один или несколько рядов контактных пластин (ламелей) 1, по которым перемещается подвижный контакт (щетка) 2. В электромагнит 3 поступают импульсы тока. При каждом импульсе якорь притягивается и с помощью рычага 4 поворачивает на один зуб храповое колесо 5. что соответствует перемещению щетки, связанной с храповым колесом, на следующую ламель. После прекращения импульса возвратная пружина возвращает якорь и рычаг в исходное положение, а собачка 6 удерживает храповое колесо от обратного вращения.

Кроме вращательных шаговых искателей типа ШИ существуют подъемно-вращательные или так называемые декадно-шаговые искатели ДШИ. Последние имеют два электромагнита: один — для подъема (поступательного движения храповика со щеткой), другой — для вращения. Контактное поле состоит из трех секций, в каждой из которых расположено 10 рядов по 10 ламелей в каждом. Работа такого искателя делится на ряд этапов. Сначала механизм подъема поднимает щетки до требуемого ряда (согласно числу поступающих импульсов), затем механизм вращения поворачивает щетки до требуемой ламели, после чего действием возвратных пружин храповое колесо возвращается с исходное положение.

Все шаговые искатели рассчитаны на импульсную работу с частотой до 10 срабатываний в секунду. Время перемещения щётки составляет 0,01 - 0,05 с. Работа искателей гарантируется при температуре окружающего воздуха 15-35 °С, нормальном атмосферном давлении и относительной влажности 60 ± 15%. Щетки и ламели рассчитаны на ток 0,2 А. Искатели выпускают на постоянные напряжения сети 24, 48 и 60 В.

Глава 14. Путевые выключатели

Путевые выключатели относятся к позиционным аппаратам и предназначены для получения двоичных сигналов 0 - 1 в определенных точках пути при движении рабочих органов станков или других механизмов. Используются для управления этим движением или сигнализации.

Путевой выключатель состоит из коммутирующего устройства и приводного элемента. Коммутирующее устройство вырабатывает двоичный сигнал при механическом" воздействии на него, а приводной элемент передает движение от рабочего органа станка на коммутирующий элемент. (В некоторых конструкциях ПВ приводной элемент может отсутствовать, и тогда движущийся упор станка непосредственно воздействует на коммутирующее устройство).

В зависимости от принципа действия различают контактные и бесконтактные путевые выключатели.

Наиболее простой тип ПВ - это контактные, в которых осуществляется как механический контакт с рабочим органом механизма, так и контактный способ коммутации электрической цепи.

Контактные путевые выключатели разделяются на три группы:

а) ПВ простейшего действия, в которых время срабатывания и контактное усилие зависят от положения и скорости рабочего органа (приводного элемента выключателя). Используются при скорости перемещения Vрo ? 0,6 м/мин;

б) ПВ полумгновенного действия, в которых скорость срабатывания остается неизменной, а положение управляющего упора рабочего органа влияет только на величину контактного усилия. Используются при скоростях Vpo ? 0,3м/мин;

в) ПВ мгновенного действия. Время срабатывания и контактное усилие не зависят от положения управляющего упора. Такие выключатели обеспечивают качественную коммутацию электрических цепей при очень малых скоростях—Vро? 0,01м/мин.

Ход А - основной прямой ход (до замыкания контактов).

Ход Б - дополнительный прямой ход (обеспечивает необходимое усилие за счет 4). Б ? 3 - 5мм. Полный ход ? = А + Б за счет упора 6. Описанный путевой выключатель имеет погрешность срабатывания ?1 ? ± 0,05мм. Эта погрешность определяется по перемещению приводного элемента ПВ. Погрешность позиционирования рабочего органа станка при этом ?2 = ?1 / tg?, где ? — угол набегания упора. Величина угла а зависит от скорости движения упора и обычно составляет 40° при скорости, меньшей 15 м/мин, и 20° при большей скорости. После прохода упора пружина 4 возвращает контактную систему в начальное положение.



Рис. 33. Путевой выключатель прямого действия серии ВПК2000:

1- шток; 2 -размыкающий и 3 -замыкающий мостиковый контакт; 4-пружина, создающая контактное усилие; 5 -возвратная пружина; 6 -подвижный упор станка; 7 -ролик; 8 -толкатель

Ролик приводного элемента скользит по задней поверхности упора, расположенной под углом сбегания ?. Размыкающие контакты 2 размыкаются раньше, чем замыкаются замыкающие контакты 3, и наоборот замыкаются позже, чем размыкаются замыкающие контакты.

При ? = ? смещение сигналов замыкания и размыкания одинаково.

Приводные элементы могут быть с люфтом, одностороннего действия (селективного).

У ПВ прямого действия имеются недостатки: 1) при малых скоростях возможно сваривание контактов; 2) медленное переключение контактов может вызвать появление ложных сигналов (особенно при вибрациях).

Эти недостатки устраняются в ПВ мгновенного действия ВК200.

Контакты выключателя могут коммутировать ток 6 А при напряжении переменного тока до 500В и постоянного тока до 220В. Механическая износостойкость путевого выключателя 5 млн. циклов включений-отключений. На рис. 35, а изображена конструкция микровыключателя серии МП6000. Микровыключатели коммутируют переменный ток до 2,5А при напряжении 380В. Рабочий ход микровыключателя равен 0,2мм, дополнительный ход – 0,1 мм.

Средний элемент зажат в корпусе, а боковые элементы изогнуты и упираются по торцу в корпус. Пружина имеет два положения одно (нижнее) при наличии усилия, другое без воздействия, толкатель нажимает на средний элемент. Переход из одного состояния в другое мгновенный.



Рис. 34. Путевой выключатель мгновенного действия серии ВК200


Рис. 35. Микровыключатели: а — серии МП6000; б-— типа ВП61

На этом принципе работают и микропереключатели МПЗ, МП7 используемые в микротумблерах МТ1, МТ3.

Недостаток - очень маленький дополнительный ход < 0,1мм. Необходима точная установка МП относительно подвижных упоров или промежуточные механические элементы, увеличивающие дополнительный ход МП. Это могут быть рычаги или кулачковые механизмы.

Появление бесконтактных путевых выключателей связано с повышением требований к быстродействию, точности и надежности позиционных элементов автоматики. Они делятся на три группы:

К первой группе относятся путевые выключатели, у которых отсутствует прямое механическое взаимодействие между движущимся элементом станка и приводным элементом. Коммутирующее устройство таких выключателей имеет контактное исполнение, т. е. ПВ этой группы бесконтактные по входу и контактные по выходу (герконовые ПВ).

В ПВ второй группы коммутирующее устройство выполнено

бесконтактным, а механизм станка имеет прямой контакт с приводным элементом выключателя. Такие путевые выключатели контактные по входу и бесконтактные по электрическому выходу (индуктивный ПВ со штоком).

Путевые выключатели третьей группы представляют собой полностью бесконтактные устройства, в которых движение органов станка бесконтактно передается на путевой выключатель и затем также бесконтактно преобразуется в электрический сигнал. Бесконтактные по входу и выходу (трансформаторные, генераторные, фотоэлектрические).

1.Герконовые ПВ



Рис. 36. Путевые выключатели на герконах:

а, б — плоская конструкция с подвижным магнитом и подвижным шунтом; в — щелевая конструкция с ферромагнитным экраном

Достоинства: высокая надежность (108 циклов срабатывания), быстродействие (0,2 - 2мс), малые габариты и стоимость. Ток до 0,5 А при U=30В. Это перспективный тип ПВ для применения в самых различных областях машиностроения. На рис. 36 изображена схема таких путевых выключателей. Путевой выключатель состоит из прямоугольного постоянного магнита 1 (рис. 36, а), закрепленного на подвижном узле станка, и геркона 2, установленного на неподвижной базовой детали. Ось магнита параллельна оси колбы геркона. Изменение магнитного потока, проходящего через геркон, имеет сложный характер. Вначале, когда расстояние между герконом и магнитом велико, магнитный поток в зазоре геркона замыкается по пути Ф1 (штриховая линия на рис. 36, а). Затем этот поток шунтируется одной из пружин геркона и уменьшается до нуля, после чего направление магнитного потока изменится на противоположное, так как расположение полюсов магнита относительно

пластин геркона будет изменено. Этот поток обозначен Ф2. Геркон может сработать трижды по пути перемещения в зонах IIII. Если подобная последовательность работы геркона недопустима, то необходимо рассчитать магнитную систему так, чтобы Фт1 , был меньше потока срабатывания геркона. Добиться этого можно, изменяя конфигурацию постоянного магнита и зазор между магнитом и герконом.

На рис. 36, б приведен другой вариант герконового путевого выключателя. Постоянный магнит 1 и геркон 2 расположены в едином корпусе и неподвижно укреплены на станке. Магнитный поток может шунтироваться подвижным якорем 3. Поток ослабляется, и контакты размыкаются.

Магнитное сопротивление цепи шунтирования должно быть меньше магнитного сопротивления цепи геркона.

Возможен другой вариант расположения шунтирующего якоря, когда он входит в щелевой зазор.

Недостатки герконового ПВ: низкая точность позиционирования, связанная с влиянием температуры; вариации воздушного зазора; внешних магнитных полей; большая зона возврата Кв = 0,3.

На рис. 36, в показана схема щелевого путевого выключателя, у которого постоянный магнит 1 и геркон 2 расположены в общем корпусе, по обе стороны узкой щели.

2. Бесконтактные ПВ второго типа могут иметь бесконтактное коммутирующее устройство, работа которого основана на различных принципах. Наибольшее распространение получили индуктивные путевые выключатели (рис. 37), основанные на изменении магнитного сопротивления цепи при перемещении приводного элемента.

Шток переключателя 1 (рис. 37, а) связан с якорем 2 магнитной системы. Сердечник 3 с обмоткой 4 закреплен в корпусе. Возврат штока в начальное положение осуществляется пружиной 5. Иногда приводной элемент снабжают ускоряющим механизмом, способствующим более четкому срабатыванию путевого выключателя.



Рис. 37. Индуктивный путевой выключатель

При срабатываний ПВ, когда полюса 2 и 3 совмещены, магнитное сопротивление R? минимально. Изменение магнитного сопротивления преобразуется в изменение индуктивного сопротивления (переменному току), что приводит к срабатыванию исполнительного элемента в замкнутой электрической цепи.

XL=?W2/R?

Индуктивный элемент должен иметь релейную характеристику.

Чувствительность схемы может быть повышена включением конденсатора (рис. 37, в). Это позволяет компенсировать начальное значение индуктивного сопротивления катушки и тем самым увеличить относительное изменение тока. Релейный вид характеристики ПВ обеспечивает индуктивный элемент. Точность ПВ невелика. Имеется влияние деталей из ферромагнетика, износ наконечника тока.

3. Полностью; бесконтактные ПВ могут строиться на основе рассмотренных индуктивных путевых выключателей:

а) если исключить шток 1, а якорь 2 связать непосредственно с рабочим органом станка;

б) коммутирующее устройство может при этом выполняться по трансформаторной схеме. На сердечнике размешаются две обмотки: питающая и выходная (сигнальная), на которой ЭДС меняется от положения якоря, что обеспечивает срабатывание индуктивного элемента;

в) более широкое распространение получили полностью
бесконтактные ПВ генераторного типа (серии БВК).



Рис. 38. Генераторный бесконтактный путевой выключатель серии БВК

В корпусе выключателя 1 (рис. 38. а) по обе стороны щели расположены два броневых ферритовых сердечника 2. На одном сердечнике намотаны контурная обмотка WK, и обмотка положительной обратной связи Wпc , а на втором — обмотка отрицательной обратной связи Woc. Транзисторный генератор помещен в нижнюю часть корпуса и залит эпоксидным компаундом. Схема генератора приведена на рис. 38, б. В зазор входит подвижный экран 3 из диамагнетика. Колебательный контур LKCK включен в цепь коллектора транзистора VT1. В начальном состоянии, когда экран выведен, колебания отсутствуют за счет сильной отрицательной обратной связи, осуществляющейся катушкой Woc. При введении экрана 3, действие этой ООС резко уменьшается и в контуре возникают незатухающие колебания с частотой 2-3 килогерц. При этом в коллекторной цепи появляется большой ток, что приводит к появлению напряжения на нагрузке.

Цепь R1, R2 и терморезистор К3 служат для уменьшения влияния температуры на работу схемы V1 и V2 стабилизируют режим работы транзистора.

Погрешность выключателей типа БВК порядка 0,8 мм, зона возврата 3 мм, мощность, потребляемая путевым выключателем, не превышает 0,5 Вт.

Список рекомендуемой литературы

  1. Миловзоров В. П. Электромагнитные устройства автоматики: Учебник для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1983.

  2. Сотсков Б. С. Основы расчета и проектирования электромеханических элементов автоматических и телемеханических устройств. - М.: Энергия, 1965.

  3. Буль Б. К. и др. Основы теории электрических аппаратов. - М.: Высшая школа, 1970.

  4. Сливинская А. Г. Электромагниты и постоянные магниты. - М.: Энергия, 1972.

  5. Сотсков Б. С. Элементы автоматической и телемеханической аппаратуры. - М.: Госэнергоиздат, 1950.

  6. Ройзен С. С, Стефанович Т. X. Магнитные усилители в электроприводе и автоматике. -М.: Энергия, 1979.

Роберт Николаевич Кулагин Николай Витальевич Казаков

Устройства электроавтоматики

Учебное пособие

Редактор А. К. Саютина

Темплан 2004г.. поз. № 27

Лицензия ИД №04790 от 18.05.2001 г.

Подписано в печать 25.11.2004.

Формат 60x84 1/16. Бумага газетная.

Печать офсетная. Усл. печ. л. 3,72 .

Уч.-изд. л. 5,5. Тираж 100 экз. Заказ 855

Волгоградский государственный технический университет.

400131 Волгоград, просп. им. В. И. Ленина. 28.

РПК "Политехник" Волгоградского государственного

технического университета.

400131 Волгоград, ул. Советская. 35.

1   2   3   4


Глава 12. Контактные логические элементы. Контакторы. Пускатели
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации