Вращающиеся трансформаторы

 

Вращающиеся трансформаторы (ВТ) нашли широкое применение в автоматике как датчики угловых величин, а также как функциональные элементы для вычислительной техники. Они применяются и при автоматизации решений тригонометрических задач, связанных с вычислением параметров треугольников и преобразованием координат.

Вращающийся трансформатор представляет собой индукционную электрическую машину переменного тока, вырабатывающую напряжения, пропорциональные синусу и косинусу угла поворота или напряжения, пропорциональные углу поворота ротора машины. В соответствии с рисунком 48 на статоре и роторе ВТ расположены по две обмотки, сдвинутые в пространстве под углом 90°.

Рисунок 48

Магнитные оси этих обмоток взаимно перпендикулярны. Одна из обмоток статора является обмоткой возбуждения и питается от однофазной сети переменного тока. Если при этом ротор ВТ повернуть на угол a, то ЭДС, наводимые в обмотках ротора, будут пропорциональны синусу и косинусу угла поворота, а напряжение, снимаемое с синусной и косинусной обмоток ВТ, определяется из выражений:

U₁ = KU sina; U₂ = KU cosa.

Конструктивно вращающийся трансформатор выполнен в виде статора и ротора с контактными кольцами.

 

Реле

Реле — это электрический аппарат, в котором при изменении входной (управляющей) величины X происходит автоматически скачкообразное изменение выходной (управляемой) величины У. Из двух величин хотя бы одна должна быть электрической.

Реле — наиболее распространенный электрический аппарат, применяемый практически в большинстве систем автоматического управления. Функции, выполняемые реле, и их конструкции чрезвычайно разнообразны.

Характерные признаки реле позволяют классифицировать их по следующим факторам:

- по принципу действия (электромагнитные, магнитоэлектрические, электронные);

- по способу коммутации (контактные, бесконтактные);

- по назначению (управления, защиты, автоматизации);

- по характеру входной величины (электрические, оптические, тепловые, акустические, механические).

Основные характеристики реле определяются зависимостями между параметрами выходной и входной величины. Различают следующие основные характеристики реле.

Величина срабатывания Х_ср — значение параметра входной величины, при которой реле включается. При X < X_cp параметр выходной величины Y = 0. При Х  Х_ср величина Y скачком изменяется от Yмин до Yмакс и реле включается.

Величина отпускания Х_от — значение параметра входной величины, при котором произошло скачкообразное уменьшение выходного параметра с Yмакс до Yмин и реле отключилось.

Величина параметра, на которую отрегулировано реле, называется уставкой.

Коэффициент возврата К_В — отношение величины отпускания к величине срабатывания

К_В = Х_от / Х_ср.

Время срабатывания t_cp — промежуток времени от момента появления импульса (входной величины) до момента скачкообразного изменения выходной величины.

Время отпускания t_orn — промежуток времени от момента снятия сигнала (входной величины) до момента достижения Yмин.

Для реле с исполнительным органом в виде контактной системы максимальная мощность управления определяется током, который может быть многократно отключен.

Электромагнитные реле благодаря простому принципу действия и надежности получили широкое применение в системах автоматики, а также в схемах защиты энергосистем.

Электромагнитным реле называют реле, у которого контакты перемещаются при притягивании якоря к сердечнику электромагнита, по обмотке которого протекает ток.

Реле постоянного тока являются наиболее распространенным видом электромагнитных реле. Это объясняется сравнительно простой конструкцией реле. В соответствии с рисунком 49 показано наиболее часто применяемое электромагнитные реле с поворотным и втяжным якорем.

Рисунок 49

Электромагнитные реле переменного тока по принципу действия не отличаются от реле постоянного тока.

 

Магнитоуправляемые контакты                                                                                                                                                                                                

 

Одним из непременных условий работы систем автоматического регулирования, контроля устройств вычислительной техники является широкое использование в них различного рода коммутационных, пороговых и релейных элементов.

Применение контактных аппаратов в указанных элементах ограничено, так как они обладают рядом существенных недостатков:

- незначительным ресурсом;

- инерционностью;

- сравнительно невысокой надежностью;

- необходимостью текущего обслуживания вследствие «загрязненности» (нарушения) контактных соединений.

Бесконтактные релейные элементы намного превосходят по быстродействию существующие контактные устройства, они также обладают большими надежностью и сроком службы и могут быть выполнены средствами микроэлектроники. Однако бесконтактные элементы существенно уступают контактным по стабильности параметров, уровню собственных шумов и ЭДС холостого хода, а также по основной характеристике релейного элемента — величине и вариации отношений выходных проводимостей в устойчивых состояниях:

К_у = G_ЗАКР / G_ОТКР = f(t,T …),

где G_ЗАКР и G_ОТКР — проводимости релейного элемента соответственно в закрытом и открытом состояниях; t — время; Т — температура.

Кроме того, наличие у некоторых бесконтактных элементов гальванической связи между цепями управления и выходными цепями усложняет электрические схемы устройств и приборов.

Создание герметичных контактных соединений и на их базе коммутационных электромагнитных аппаратов позволило получить значительно лучшие в сравнении с контактными аппаратами характеристики:

- большое быстродействие;

- большую стабильность механических и электрических параметров;

- повышенную надежность;

- существенно больший ресурс.

Так, они позволяют производить более 1000 операций в секунду, их ресурс 10⁸—10¹² циклов. При этом вариация сопротивлений контактного перехода в замкнутом состоянии может быть не выше R=0,001 Ом, а в разомкнутом состоянии R=10⁹...10¹¹ Ом.

Реле на основе герметичных магнитоуправляемых контактов (МК) по своим характеристикам занимает промежуточное положение между электромагнитными контактными реле и бесконтактными релейными элементами.

Принцип действия и конструкция МК основано на использовании сил взаимодействия, возникающих в магнитном поле между ферромагнитными телами. Эти силы вызывают деформации и перемещения ферромагнитных проводящих ток электродов, что можно использовать для коммутации электрических цепей.

Магнитоуправляемым контактом называется герметизированная контактная система, элементы которой совмещают функции участков электрической и магнитной цепей, причем хотя бы один из этих элементов имеет возможность перемещения под действием магнитного поля для изменения электрического состояния коммутируемой цепи.

В соответствии с рисунком 50 изображена простейшая конструкция МК с одним замкнутым контактом.

Рисунок 50

В запаянной стеклянной колбе 3 консольно укреплены два электрода (контакта) 1 и 2 из магнитомягкого материала. Под воздействием внешнего магнитного потока Ф создаваемого катушкой 4 или постоянным магнитом, концы ферромагнитных электродов намагничиваются разноименно и притягиваются. Для улучшения условий коммутации стеклянный баллон 3 заполнен азотом, водородом или другим инертным газом.

МК бывают с замыкающими, размыкающими и переключающими контактами.

Надежная коммутация электрических цепей, малое переходное сопротивление контакта достигаются в МК путем покрытия контактирующих частей электродов слоем металла, обладающего хорошей электропроводностью (золотом, платиной, серебром, родием и др). Эти покрытия наносят тонким слоем, чтобы не увеличивать немагнитный зазор между контактами и, следовательно, управлять работой контактов сравнительно небольшим магнитным полем.

Значение воздействующего магнитного потока и его ориентация определяются способом управления электродами МК. Существует несколько способов управления работой МК:

- взаимное перемещение постоянного магнита (электромагнита) и магнитоуправляемого контакта;

- изменение намагничивающей силы (НС) управляющей катушки;

- изменение параметров магнитной цепи уменьшением или увеличением сопротивлений отдельных ее участков );

- сочетание этих способов ).