Одним из наиболее распространенных элементов автоматики является реле. По виду физической энергии, которая положена в основу работы того или иного реле они разнообразны (например, электрические, пневматические, гидравлические и т. д.). Но самое большое применение нашли электрические реле. В семействе электрических реле нужно отметить электромагнитные как самые распространенные.

Все реле без исключения имеют ряд общих параметров.

Минимальное значение входного сигнала, при котором срабатывает реле - называется параметром срабатывания (ток срабатывания, напряжение срабатывания).

Значение входного сигнала, при котором происходит возврат реле в первоначальное положение - параметр отпускания (ток отпускания, напряжение отпускания).

Коэффициент возврата - отношение величины параметра отпускания к величине параметра срабатывания. У электромагнитных реле этот коэффициент лежит в пределах 0,4...0,9, а у электронных - в пределах 0,98...0,99.

Рабочий параметр - установившееся значение тока или напряжения, подаваемого на реле в рабочем режиме.

Коэффициент запаса при срабатывании - отношение тока или напряжения в рабочем режиме к их значениям при срабатывании.

Коэффициент запаса при отпускании - отношение значения тока или напряжения при отпускании к их значениям в рабочем режиме.

Коэффициент запаса реле при срабатывании всегда больше единицы, а при возврате - меньше единицы.

Время срабатывания реле - промежуток времени между моментом подачи напряжения на обмотку реле и моментом его срабатывания.

Время опускания - промежуток времени между моментом снятия напряжения с обмотки реле и моментом его срабатывания.

Время трогания - время, в течение которого ток в обмотке реле достигает той величины, при которой механические части реле приходят в движение. На рис.12.1 показан график изменения тока в обмотке.

По времени срабатывания реле бывают быстродействующими (t?50 мс), нормально действующими (t?50...150 мс) и медленно действующими (t?0,15...1 с).

Если же время срабатывания tср<1 мс, то реле считается безынерционным, а при tср>1 с - реле с задержкой.

12.2 Электромагнитные реле.

Реле постоянного тока. Самое простое электромагнитное реле постоянного тока показано на рис. 12.2.

На неподвижном сердечнике 2 помещена катушка 3. При прохождении тока через катушку, образующееся магнитное поле притягивает якорь 1, который, перемещаясь, замыкает контакты 5. Как только реле обесточится, якорь не будет притягиваться к сердечнику, и контакты 5 под действием пружины 4 разомкнутся. На якоре сделан небольшой штифт 6 для облегчения отлипания якоря. Якорь и сердечник сделаны из магнитомягкого материала, а штифт - из латуни или меди.
Реле переменного тока. Если непосредственно реле постоянного тока включить в сеть переменного тока, то якорь, а следовательно, и контакты будут вибрировать, т. к. сила притяжения будет изменяться периодически от некоторого максимального значения до нуля с удвоенной частотой по отношению к частоте питающего тока. Это вызывает усиленный механический износ и подгорание контактов, плюс специфическое гудение реле во время работы. Для устранения этого сердечник разрезают на некоторую глубину и на одну из частей насаживают медное кольцо - короткозамкнутый виток (рис. 12.3).

В результате происходит расщепление магнитного потока Ф на два потока Ф1 и Ф2, сдвинутых друг относительно друга на некоторый угол ?. Каждый из потоков создает свое тяговое усилие, которое пропорционально квадрату этого потока, а общее усилие отжимающего якорь и пульсации значительно меньше.
Поляризованное реле. В поляризованном реле (см. рис. 12.4) есть постоянный магнит, магнитный поток которого Ф0 разветвляется на два одинаковых потока, идущих по левой и правой частям.

Направление общего магнитного потока Ф в реле зависит от полярности тока в обмотке. Это значит, что при одной полярности сигнала на входной обмотке поток, создаваемый обмоткой будет складываться с потоком Ф1, а в другом случае - с Ф2, и якорь реле будет переключаться либо в левую сторону, либо в правую.
Поляризованное реле выпускают трех видов настройки:
- двухпозиционное - если якорь в зависимости от полярности тока в обмотке управления переходит в одно из двух крайних положений и остается там после прекращения тока в обмотке;
- двухпозиционное с преобладанием к одному из контактов. В этом реле якорь всегда прижат к одному и тому же контакту (левому) и перебрасывается к другому (правому) лишь на время, в течение которого подается в обмотку ток соответствующей полярности;
- трехпозиционное. В этом реле якорь всегда находится в нейтральном положении при обесточенном реле. Для этого поставлена специальная возвратная пружина.

12.3. Бесконтактные реле.

Бесконтактными называются электронные реле, не имеющие электромеханических контактов. Они бывают разных типов. На рис. 12.5 представлена основная схема электронных реле - мультивибратор.

Схема представляет собой релаксационный генератор. Этот генератор дает прямоугольные импульсы, т. е. транзисторы попеременно открываются и закрываются. При электрической симметрии, т. е. Rк1=Rк2; Rб1=Rб2 и С1=С2, время, в течение которого открыт транзистор V1 или V2, равно времени, в течение которого они и закрыты, и определяются постоянной времени
? =0,7R б1 ? С1=0,7R б2 ? С2

Следующим электронным реле, имеющим одно состояние устойчивого равновесия, является так называемая спусковая схема (рис.12.6).

В исходном (устойчивом) состоянии транзистор V1 - закрыт, а транзистор - V2 - открыт. Это обусловлено тем, что потенциал базы транзистора V1 положителен по отношению к его эмиттеру (он определяется как алгебраическая сумма падений напряжений на резисторах Rэ и R2). Конденсатор С заряжен. В таком состоянии схема может находиться сколь угодно долго. При подаче на вход схемы короткого остроконечного импульса отрицательной полярности транзистор V1 открывается, а транзистор V2 закрывается. Конденсатор С начинает разряжаться. Время его разряда пропорционально постоянной времени ?=Rб2?С. После разряда конденсатора транзистор V2 начинает открываться, конденсатор С быстро заряжается, а транзистор V1 закрывается, и схема снова возвращается в исходное устойчивое состояние. В результате на выходе мы получим прямоугольный импульс.

И последним типом электронного реле является триггер – электронное реле с двумя состояниями устойчивого равновесия (рис. 12.7).

Триггер представляет собой усилитель с глубокой положительной обратной связью, элементы которого соответственно симметричны Rк1=Rк2; R1=R1?; С1=С1?; С2=С2?; R2=R2?.
Данный триггер выполнен по схеме с общим запуском (или счетным запуском). В этом случае импульсы одной полярности подаются одновременно на базы обоих транзисторов.

Пусть в исходном положении транзистор V1 открыт, а V2 закрыт. При подаче на вход короткого остроконечного импульса положительной полярности транзистор V1 запирается, а транзистор V2 отпирается. За счет действия глубокой положительной обратной связи процесс происходит практически мгновенно, чему способствуют также включенные параллельно резисторам R1 и R1? конденсаторы С1 и С1?. Схема перебросилась во второе устойчивое состояние равновесия, в котором она будет находится до прихода следующего импульса. На практике эти схемы применяются следующим образом:
- мультивибратор - для получения импульсов прямоугольной формы; схема работает в автоколебательном режиме;
- спусковая схема - для получения одиночных прямоугольных импульсов фиксированной длительности, время появления которых определяется моментом прихода запускающего импульса;
- триггер - для создания счетчиков импульсов и запоминающих устройств, т. к. триггер имеет два устойчивых состояния равновесия, из которых одно можно считать эквивалентным 1, а другое 0.

12.4 Пороговые элементы

Бесконтактные полупроводниковые реле могут также применяться в качестве пороговых элементов. На рис.12.8 показана схема порого- вого элемента - триггер Шмитта.
Эта схема, как и все ранее рассмотренные бесконтактные полупроводниковые реле, представляет собой двухкаскадный усилитель постоянного тока.

В исходном состоянии, когда Uвх=0 (или меньше по абсолютной величине порогового значения) транзистор V2 открыт, а транзистор V1 закрыт, т. к. в цепи эмиттеров транзисторов включен резистор Rэ (являющийся резистором обратной связи), и падение напряжения на нем от тока коллектора транзистора V2 поддерживает транзистор V1 в закрытом состоянии.

При увеличении отрицательного напряжения на входе схемы в момент, когда оно по абсолютной величине станет больше, чем падение напряжения на резисторе Rэ, напряжение на базе транзистора V1 станет отрицательным, он откроется и через него пойдет коллекторный ток. Напряжение на коллекторе V1 по абсолютной величине резко уменьшится, отчего транзистор V2 закроется, а на выходе схемы напряжения резко скачком достигнет величины Ек. Таким образом, на выходе мы получим ступенчатое изменение напряжения отрицательной полярности в момент, когда входное напряжение достигнет порогового значения.

Если входное напряжение уменьшится и станет по абсолютной величине меньше порогового напряжения, то схема вернется в первоначальное положение.

<В начало>

<Содержание>