Магнитные модуляторы и бесконтактные реле

Глава 26

МАГНИТНЫЕ  МОДУЛЯТОРЫ   И  БЕСКОНТАКТНЫЕ МАГНИТНЫЕ  РЕЛЕ

§ 26.1. Назначение магнитных модуляторов

Магнитные модуляторы предназначены для преобразо­вания постоянного напряжения (или тока) в пропорциональное ему переменное напряжение (или ток). Необходимость в таком преоб­разовании возникает при измерении малых сигналов постоянного тока или напряжения, которые не могут быть непосредственно по­даны на измерительные или исполнительные устройства без предва­рительного усиления. В то же время непосредственное усиление сиг­налов постоянного тока электронными и полупроводниковыми усилителями имеет серьезный недостаток — нестаиш» сигнала, так называемый дрейф нуля. В случае преобразования сигнала постоянного тока в переменный можно заменить низкостабильный усилитель постоянного тока высокостабильным усилителем переменного тока.

Для такого преобразования можно использовать и электромеханическое устройство — вибропреобразователь, рассмотренный в гл. 18. Однако наличие у вибропреобразователя периодически размыкающихся и замыкающихся контактов является причиной его сравнительно невысокой надежности. Так как магнитный модулятор не имеет контактов, т. е. является бесконтактным элементом автоматики, то и надежность его выше, чем у вибропреобразователя.

По принципу действия и устройству магнитный модулятор ничем не отличается от магнитного усилителя. Надо отметить, что бесконтактное преобразование постоянного тока в переменный выполняют и модуляторы других типов, например полупроводниковые (в том числе транзисторные).

По сравнению с полупроводниковыми отдельные типы магнитных модуляторов имеют лучшую стабильность нуля (особенно при изменении температуры окружающей среды). Так же как и полупроводниковые, магнитные модуляторы могут выполнять преобразование постоянного напряжения в переменное с одновременным усилением. Магнитные модуляторы простыми способами обеспечивают суммирование большого числа сигналов без необходимости введения гальванической связи между ними. Гальваническая связь заключается в непосредственном соединении электрических цепей. Она порой бывает крайне нежелательной, поскольку приводит к вредному влиянию одного элемента автоматики на другой. Наиболее серьезный недостаток магнитных модуляторов по сравнению с полупроводниковыми — это большие габариты и вес.

Довольно часто комбинируют магнитный модулятор с полупроводниковым усилителем, т. е. проектируют магнитно-полупроводниковые преобразователи. В этом случае можно получить оптимальное соотношение между такими техническими характеристиками, как точность, чувствительность, коэффициент усиления, вес, габариты, стоимость, надежность.

Магнитные модуляторы, предназначенные для работы на последующий электронный или полупроводниковый каскад усиления, называют магнитными усилителями напряжения. Различают магнитные модуляторы с выходным переменным током основной и удвоенной частоты.

Рекомендуемые материалы

§ 26.2. Магнитные модуляторы с выходным переменным током основной частоты

В качестве магнитного модулятора с выходным перемен­ным током основной частоты (т. е. равной частоте источника пи­тания) можно использовать любую из рассмотренных в гл. 24 схем двухтактных магнитных усилителей: дифференциальную, мостовую или трансформаторную.

Выбор между той или иной схемой делается в зависимости от мощности управляющего сигнала и необходимого коэффициента усиления по напряжению.

Очевидно, что наибольший коэффициент усиления можно полу­чить в трансформаторной схеме за счет выполнения вторичной об­мотки с большим числом витков, т. е. как бы с помощью повышаю­щего трансформатора. Однако при этом возникают прежде всего чисто технологические трудности с намоткой большого числа витков на небольшом сердечнике маломощного магнитного усилителя. Л кроме того, останется меньше пространства для размещения об­мотки управления. Вообще, доказано, что мощность управления Р_у связана с площадью окнадля обмотки управления обратно про­порциональной зависимостью. Чем меньше площадь окна  тем большая потребуется мощность управления для создания необхо­димой напряженности магнитного поля в сердечнике. Поэтому трансформаторную схему двухтактного магнитного усилителя реально применяют для магнитных модуляторов приВт. При меньших значениях  (до Вт) используют мостовую и дифференциальную схемы, как более чувствительные.

Для получения необходимого коэффициента усиления по напря­жению используется отдельный выходной трансформаторкак это показано на рис. 26.1. Для балансировки нуля используется резистор, с движка которого подается напряжение на первичную обмоткуСопротивлениевыбирается примерно равным со­противлению рабочих обмоток

§ 26.3. Магнитные модуляторы с выходным переменным током удвоенной частоты

При рассмотрении процессов, проходящих в идеальном магнитном усилителе, отмечалось, что ток управления можно пред­ставить как сумму постоянной и переменной составляющих, при­чем переменная составляющая изменяется с частотой, вдвое пре­вышающей частоту питания. Если постоянная составляющая обус­ловлена управляющим сигналом, то переменная составляющая

возникает вследствие трансформации тока из цепи нагрузки. Транс­формируемая из рабочей обмотки ЭДС двойной частоты имеет фа- . зу, которая при перемене полярности управляющего сигнала меня­ется на 180". При снятии управляющего сигналаЭДС двой­ной частоты пропадает. Таким образом, единственной причиной по­явления ЭДС двойной частоты является подача входного сигнала на усилитель. Заметим, что какие-либо другие причины (нендентнчность сердечников, например) не могут привести к возникновению ЭДС двойной частоты при питании усилителя синусоидальным на­пряжением.

Эффект появления ЭДС двойной частоты и используется в магнитных модуляторах с выходным не переменным током удвоенной частоты (рис. 26.2).

Обмотка управления w_v в схемах таких модуляторов использу­ется как для подачи входного сигнала так и для снятия выход­ного сигнала . ЭДС двойной частоты выделяется с помощью выходного трансформатора, Первичная обмотка этого транс­форматора может подключаться параллельно обмотке управления  (рис. 26.2, а) или последовательно с ней (рис. 26.2,6). В обоих случаях фаза выходного напряженияизменяется на 180° при изменении полярности т. е. схемы   являются   реверсивными.

В схеме с параллельным соединением обмоток (рис. 26.2, а) посто­янный ток не поступает в первичную обмотку выходного (обычно повышающего) трансформатора . Путь постоянной составляю­щей тока преграждает конденсатор С. Напомним, что емкостное сопротивление ,   т. е. для   постоянной   составляющей

 емкостное сопротивление стремится к бесконечности. Дрос­сель L (индуктивное сопротивление) имеет очень малое со­противление для сигнала постоянного тока, а для тока двойной частоты представляет большое сопротивление. Поэтому дроссель L препятствует прохождению тока двойной частоты через источник входного сигнала (например, датчик). Как правило, стремятся из­бежать обратного воздействия последующего элемента в системе ав­томатики на предыдущий (за исключением тех случаев, когда спе­циально создаются обратные связи).

В схеме с последовательным соединением обмоток (рис. 26.2, б) конденсатор С шунтирует источник входного сигнала, поэтому ток двойной частоты замыкается через этот конденсатор, не попадая в источник входного сигнала. Специальный дроссель для обеспечения режима вынужденного подмагничивания в этой схеме не требуется. Его роль играет первичная обмотка трансформатора

Конденсатор С и дроссель L в схемах магнитного модулятора с выходом на удвоенной частоте играют роль фильтра. Для получения высокой чувствительности и точности преобразования приходится использовать фильтры на выходе и входе. Поэтому модуляторы с выходным током удвоенной частоты оказываются сложнее моду­ляторов с выходным током основной частоты. Кроме того, они потребляют большую мощность, имеют низкий КПД и небольшой коэффициент усиления. Главное их достоинство — высокая чувст­вительность: они способны воспринимать управляющие сигналы мощностью всего лишь вВт (при использовании вы-

сококачественных магнитных материалов).

Более простые схемы имеют магнитные модуляторы с выход­ным током удвоенной частоты со взаимно перпендикулярными об­мотками. На рис. 26.3 приведены конструктувная (а) и электриче­ская (б) схемы такого модулятора. Кольцевой сердечник моду­лятора состоит из двух одинаковых половинок (одна из них по­казана на рис. 26.3, в) с кольцевым пазом. Рабочая обмотка w_p изготовлена в виде кольца и уложена в этот паз. Затем обе поло­винки сердечника соединяются, причем соприкасающиеся поверх­ности их тщательно шлифуются для уменьшения магнитного сопро­тивления. Обмотка управленияравномерно наматывается по всей длине сердечника.

Рабочая обмоткасоздает поперечное магнитное поле, замы­кающееся в пределах периметра поперечного сечения сердечника. Обмотка управлениясоздает продольное магнитное поле, замыкающееся по окружности сердечника. Пути потоковипо­казаны на рис. 26.3, г пунктиром. Так как эти потоки имеют разные пути, то между обмоткамииотсутствует трансформаторная связь. Следовательно, никакие изменения поперечного потока не. могут  наводить  ЭДС в обмотке   а    ЭДС

двойной частоты на выхо­де возникает лишь при появлении входного сиг­нала

Обмотка является

одновременно и выход­ной, с нее снимается на­пряжение

Периодическое изме­нение индуктивности об­мотки управлениясоз­дается за счет изменения магнитной проницаемости сердечника в продольном направлении магнитным потоком  При   насыщении сердечника попе­речным полем (магнит­ный поток) эта про­ницаемость значительно уменьшается. Насыщение сердечника происходит дважды за период пита­ния обмотки, Если на

обмотку  будет подано постоянное входное напряжение, то ток в этой обмотке будет изменяться соответственно изменению насыщения сердечника, т. е. будет содержать переменную состав­ляющую удвоенной частоты питания

Такая схема может не иметь фильтров в цепи питания и на вы­ходе, поскольку значительно уменьшаются паразитные наводки. Кроме того, она обеспечивает более высокую стабильность нуля. Нижний предел мощности сигнала управления для такой схемы составляетВт при уровне входного сигнала порядка 10 мкВ.

§ 26.4. Магнитные модуляторы с выходным импульсным сигналом

Наряду с магнитными модуляторами, имеющими выходной переменный ток основной или удвоенной частоты, применяются модуляторы с выходным им­пульсным сигналом. Под импульсом обычно понимается электрический сигнал в виде тока или напряжения, который в течение некоторого промежутка вре­мени остается неизменным  по полярности, но изменяется  по величине.  Затем до поступления очередного импульса ток и напряжение равны нулю. Форма импуль­са может быть самой разнообразной: пря­моугольной, треугольной, трапецеидальной и т. п.

В модуляторах с выходным импульс­ным сигналом промежуток времени между импульсами значительно превышает их длительность. Амплитуда импульса опре­деляется величиной управляющего сигна­ла на входе модулятора, полярность им­пульса — полярностью управляющего сиг­нала. Питание модулятор.] с импульсным выходным сигналом осуществляется либо достаточно большим по значению перемен­ным током, либо периодическими импуль­сами постоянного тока.

В первом случае значения переменного ток?, выбирают таким, чтобы сердечники усилителя в течение большем части полу­периода находились в состоянии насыще­ния. Тогда индукция в каждом сердечнике будет меняться дважды за период на 2В,: один раз — от — В» до -B_s, другой раз — от -B, до —В, (напомним, что В, — ин­дукция насыщения). Эти изменения будут происходить за весьма малый промежуток времени (т. с. будет большая скорость  ), поэтому импульсы ЭДС, индуци­руемые в выходной обмотке, достигают большой величины.

Когда сигнал на входе отсутствует, импульсы ЭДС e1 и е2, индуцируемые в выходной обмотке при изменении индук­ции соответственно в первом и втором сер­дечниках, равны и противоположны по на­правлению. Следовательно, результирующая ЭДС в выходной обмотке равна нулю (рис. 26.4, а).

При подаче управляющего сигнала на вход моменты насыщения каждого сердеч­ника в соседние полупериоды изменяются в противоположные направления (рис. 26.4, б). Поэтому на выходе модулятора появ­ляются импульсы, величина которых про­порциональна входному сигналу, а поляр­ность определяется направлением тока уп­равления  (dhc. 26.4. я. г). Частота им­пульса будет вдвое превышать частоту питающего переменного тока, поскольку за один период его изменения индукция изменяется дважды.

При питании магнитных модуляторов импульсами постоянного тока необходимы дополнительные элементы, обеспечивающие исключение импульсов обратной полярно­сти. Магнитные модуляторы с импульсным выходным сигналом имеют более высокий коэффициент усиления , чем модуляторы с выходным переменным синусоидальным током.

Особенно большое усиление обеспечивается при импульсном питании моду­лятора, однако при этом ухудшается чувствительность.

§ 26.5. Магнитомодуляционные датчики магнитных величин

В разд. II были рассмотрены электрические датчики не­электрических величин, используемые в системах автоматики. В этом параграфе даются краткие сведения о датчиках, использу­емых для измерения внешних магнитных полей. Эти элементы ав­томатики удобнее изучать не в специальном разделе, посвященном датчикам, а в главе, посвященной магнитным модуляторам, по­скольку магнитомодуляциоииый датчик (называемый также фер­розондом) представляет собой, по существу, магнитный модулятор с выходным переменным током удвоенной частоты. Особенность его и отличие от рассмотренных выше магнитных модуляторов в том, что он имеет разомкнутый магнитный сердечник в виде пермаллоевоп трубки или пластинки.

Применение разомкнутого сердечника позволяет измерять ма­лые напряженности внешнего магнитного поля (до ), даже значительно меньшие, чем напряженность магнитного поля Земли. Магнитомодуляционные датчики широко используются в навигаци­онных приборах, металлоискателях, приборах для геомагнитной разведки, поиска полезных ископаемых, бесконтактных путевых пе­реключателях, магнитных дефектоскопах и других устройствах.

Форма сердечников для магнитомодуляцпонных датчиков опре­деляется назначением этих датчиков. Прямые (стержневые) сер­дечники применяются в датчиках, измеряющих практически равно­мерные поля. Простейшая схема такого датчика показана на рис. 26.5. Напряжение питания с частотой подается на обмотки воз­буждениянамотанные порознь на дпух параллельных стерж­нях и включенные встречно. Выходное напряжение  снима­ется с выходной обмотки охватывающей оба стержня. По­стоянное подмагничивание стержней определяется напряженностью внешнего магнитного поля  Выходное напряжение изменяется с частотой, а его амплитуда пропорциональна

Для   измерения  неоднородного   магнитного  поля  используется сердечник с малым воздушным зазором(рис. 26.6), куда прони­кает измеряемое поле.   Две   половины   обмотки   возбуждения включены    встречно.    Выходное    напряжение  снимаемое с обмоткиимеет двойную частоту.

Расчет магнитомодуляционного датчика проводится аналогич­но расчету магнитного модулятора. Если в магнитном модуляторе напряженность подмагничивающего поля определяется током в об­мотке управления, то в магпптомодуляционном датчи­ке эта же величина определяется внешним магнитным полем 'с напряженностью

Магнитомодуляционный датчик в принципе можно использовать как магнитный модулятор, если разместить на сердечнике обмот­ку управленияОднако коэффициент усиления при этом зна­чительно снижается из-за того, что магнитная цепь разомкнута.

Все же иногда разомкнутые сердечники применяют и для мо­дуляторов, например когда требуется преобразовать слабый сигнал от источника тока с большим внутренним сопротивлением. В этом случае нужна обмотка управления с очень большим числом витков, а ее значительно проще изготовить именно на разомкнутом сер­дечнике.

§ 26.6.  Назначение и принцип действия бесконтактных магнитных реле

Бесконтактные магнитные реле предназначены для вклю­чения различных устройств при подаче управляющего сигнала. Таким образом, они нужны для тех же целей, что и обычные элек­тромагнитные реле. Но если включение нагрузки с помощью элек­тромагнитных реле происходит за счет замыкания электрических контактов, то в бесконтактных реле включение нагрузки происхо­дит за счет значительного и очень быстрого изменения сопротив­ления. Следовательно, включение и отключение происходят без разрыва цепи и соответственно без связанных с таким разрывом последствий: искрения, дугообразования, окисления и износа кон­тактов.

Основным достоинством бесконтактных реле является высокая надежность, которая обусловлена именно отсутствием  контактов и подвижных частей. Кроме того, надо отметить и другие преиму­щества бесконтактных реле перед контактными: возможность эк­сплуатации во взрывоопасных и запыленных помещениях, в усло­виях повышенной влажности и химически агрессивных паров; ста­бильность параметров срабатывания и отпускания при наличии вибрации, ударных нагрузок, невесомости, при изменении простран­ственного положения; простота эксплуатации, высокая чувствитель­ность.

Принцип действия бесконтактного магнитного реле основан на использовании в магнитном усилителе положительной обратной свя­зи с В § 23.6 было рассмотрено построение характеристики магнитного усилителя с положительной обратной связью. Из этого построения видно, что с увеличением коэффициента обратной связи характеристика становится все более несимметричной и ее правая ветвь возрастает все-круче и круче. Теоретически уже при возникает скачкообразное увеличение тока в нагрузке, т. е. релей­ный режим. Практически вследствие потерь энергии в сердечнике и отклонения его характеристики намагничивания от идеальной релейный режим наступает при

Для получения больших значений в схемах с внутренней обратной связью вводится дополнительно и специальная обмотка обратной связи. Схемы с внешней и внутренней обратной связью называются схемами со смешанной обратной связью. Они наиболее рациональны в конструктивном отношении, поскольку позволяют снизить число витков обмотки обратной связи, а следовательно, уменьшить габариты и упростить изготовление бесконтактного маг­нитного реле.

Надо отметить, что бесконтактные реле строятся не только на базе магнитного усилителя с положительной обратной связью. Они могут быть созданы и на базе полупроводниковых элементов, в первую очередь транзисторов и тиристоров.

§ 26.7. 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, тои

прямая 2 проходит ниже линейного участка характеристики 1. Пе­ресечение характеристики / и прямой 2 дает значение тока нагруз­ки приЗатем 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 токав 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 значенийдо 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 токасоответствует 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 сигналаЕсли 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 нагрузкипри 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 управленияток 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 временина 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 приимеем  то  решение  этого уравнения  имеет  вид

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

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  ипоказывает, 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.

§ 26.9. Основы расчета и конструирования бесконтактных магнитных реле

Расчет бесконтактного магнитного реле проводят в той же последовательности, что и для обычного магнитного усилителя.

Исходными данными для расчета являются сопротивление на­грузкитоки нагрузки (максимальный  и минимальный  ), частота источника питаниятоки обмотки управления (ток срабатыванияи ток отпускания), требуемое быстродействие (время отпусканияи время срабатывания).

Обычно целью расчета является определение размеров магнитопровода и обмоточных данных. Размеры магнитопровода опреде­ляются величиной   максимальной   мощности   в   нагрузке

 и выбранным материалом сердечника:

где—площадь окна намотки;—площадь сечения магнито-провода;—коэффициент заполнения окна намотки медным про­водом; — коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью;—магнитная индукция;—допустимая плотность тока

в обмотке.

Для уменьшения размеров магнитопровода следует применять материалы с высокой индукцией насыщения (пермаллои), увеличи­вать плотность тока / в обмотке за счет улучшения теплоотдачи об­мотки и применения теплостойкой изоляции.

Ещё посмотрите лекцию "Мочевыделительная система" по этой теме.

Размеры магнитопровода, полученные (по 26.3), уточняются по справочнику, где приведены стандартные размеры.

Сначала выполняется построение статической характеристики без обратной связи. Затем по методу, изложенному в § 26.7, строят статическую характеристику усилителя с обратной связью Н под­бирают необходимое значение коэффициента обратной связи Кос

Следует отметить, что ширина петли характеристики (см. рис. 26.8, в) магнитного реле уменьшается, а ток холостого хода увели­чивается при больших значениях В_тпх. Обычно эту величину выби­рают на колене кривой намагничивания (выше линейного участка).

Высокая стабильность — одно из главных требований, предъяв­ляемых к магнитному реле. Установлено, что ток срабатывания бо­лее стабилен, чем ток отпускания. Объясняется это тем, что ток от­пускания зависит от максимального тока нагрузки, который, в свою очередь, зависит от колебаний напряжения питания и сопротивле­ния нагрузки. Поэтому целесообразно применять бесконтактные магнитные реле, работающие на «замыкание».

Для получения достаточной стабильности желательно иметь ин­дуктивное сопротивление рабочих обмоток во много раз большим активного сопротивления нагрузки, что снизит влияние колебаний активного сопротивления на характеристики реле. Для стабилиза­ции тока срабатывания целесообразно применение схемы с авто­матическим смещением (см. рис. 26.8, б).

При конструировании бесконтактных магнитных реле исполь­зуются те же материалы и сердечники, что и для магнитных усили­телей. Однако следует иметь в виду, что пермаллои очень чувст­вительны к механическим нагрузкам, даже к таким сравнительно малым, которые создаются обмотками. Поэтому кольцевые магнитопроводы заключают в защитные каркасы, поверх которых и раз­мещаются обмотки. Все реле также закрывают коробкой и иногда заливают изоляционными компаундами, что кроме защиты от ме­ханических воздействий обеспечивает и повышение надежности.