Усилительные и переключающие устройства

Обычно мощность выходного сигнала воспринимающего или преобразующего элемента недостаточна для управления исполнительным элементом. Для ее увеличения применяют усилительные элементы, использующие энергию вспомогательного источника. В системах автоматики широко применяют усилители-преобразователи, которые, кроме усиления, преобразуют входной сигнал в другой вид выходного сигнала, например, постоянного тока - в переменный. Основным показателем усилителя является коэффициент усиления по току /, напряжению U или мощности Р:

Подстрочными индексами (вых) и (вх) здесь обозначены выходные и входные величины. В случае последовательного соединения п усилителей для значительного увеличения входного сигнала общий коэффициент усиления определится как

В зависимости от вида усиливаемого сигнала различают усилители электрические, магнитные, пневматические и гидравлические. По принципу действия усилители подразделяют на усилители аналогового и дискретного (релейного) действия.

Представителем усилителей дискретного действия является электромагнитное реле, в котором входной электрический ток, достигнув некоторого значения, преобразуется в перемещение якоря, механически замыкающего контакты более мощной электрической цепи управления. Различают нейтральное реле (постоянного тока), реле переменного тока и поляризованное реле постоянного и переменного тока.

В нейтральном реле постоянного тока (рис. 4.18) магнитопровод состоит из ярма с сердечником 2 и якоря 3, изготовленных из мягкой стали. Управление работой реле осуществляется с помощью обмотки 1 на сердечнике 2. Якорь связан с подвижными контактами 4 с помощью толкателя 5. При пропускании электрического тока по обмотке реле якорь притягивается к сердечнику, размыкая верхнюю пару контактов и замыкая нижнюю. Основными характеристиками реле являются: ток срабатывания, при котором начинается притягивание якоря к сердечнику; ток отпускания, соответствующий началу возвратного хода якоря; время срабатывания и время отпускания. По временным параметрам различают реле быстродействующие (время срабатывания 10 мс), нормальные (30 - 50 мс) и замедленные или реле времени (от десятых долей секунды до минуты и более).

В последние годы широкое распространение в технике получили герметизированные магнитоуправляемые контакты, называемые герконами (рис. 4.19). Простейший геркон (рис. 4.19, а) представляет собой стеклянную запаянную ампулу 1, заполненную инертным газом (азотом, аргоном, водородом или азотно-водородной смесью). Внутри ампулы размещены две тонкие пермалоевые пластины 2 с токоотводами. Концы пермалоевых пластин, контактирующих при замыкании, покрыты защитным слоем золота, родия или палладия. Работой геркона управляют постоянные магниты 3 или электромагниты 4 (рис. 4.19, б). При воздействии на геркон магнитного поля достаточной напряженности магнитные силовые линии замыкают контакты. При ослаблении магнитного поля контакты размыкаются от действия сил упругости. Один или несколько герконов, помещенных в управляемое магнитное поле, образуют безъякорное реле. Герконы просты по устройству и в управлении их работой, надежны и не требуют регулировки. Они могут работать в широком диапазоне температур от -100 до +200°С, обладают достаточной для применения в автоматических устройствах строительных машин вибро- и удароустойчивостью. Недостатком является небольшая сила управляемых токов. Герконы надежно работают при малых токах в десятки миллиампер. Максимально допустимая сила тока для геркона с длиной стеклянного баллона 50 мм не превышает 1 А. Имеются герконы на рабочие токи до 5 А с ампулой, заполненной водородом.

Принцип действия электронных усилителей основан на явлении электронной эмиссии - испускании электронов твердыми телами при внешнем энергетическом воздействии. Основными частями ламповых усилителей являются триоды, тетроды и пентоды.

Триод или трехэлектродная лампа (рис. 4.20, а) представляет собой вакуумную стеклян-\?г ную или металлическую колбу с тремя электродами: анодом (А), катодом (К) и сеткой (С). Если лампу включить в электрическую сеть, приложив к катоду отрицательный, а к аноду и сетке положительный потенциал, то электроды от катода будут перемещаться на анод, замыкая электрическую цепь (лампа открыта). Если же потенциал на сетке поменять на отрицательный, то поток электронов прекратится, и анод окажется обесточенным (лампа заперта). Тетроды (рис. 4.20, б) и Рис. 4.20. Электронные лампы (а - в) и пентоды (рис. 4.20, в) (соответственно четырех- и однокаскадныи усилитель (г) пятиэлектродные лампы) имеют более сложное

управление из-за наличия в них соответственно двух и трех сеток.

Простейший однокаскадныи усилитель показан на рис. 4.20, г. В САУ нашли широкое применение также полупроводниковые усилители на базе триод-транзисторов, которые позволяют усиливать мощность и силу тока подаваемых сигналов, а также тиристорные преобразователи-усилители. Применение последних обеспечивает плавность пусковых режимов, повышение КПД, снижение массы и габаритов аппаратуры.

Высокой чувствительностью и долговечностью обладают бесконтактные магнитные усилители (МУ) - электромагнитные устройства, в которых используется зависимость магнитной проницаемости ферромагнитного материала от напряженности магнитного поля. В системах автоматизированного электропривода постоянного тока, в частности, для регулирования частоты вращения широкое распространение получили электромашинные усилители (ЭМУ) - генераторы постоянного тока с регулируемым возбуждением. Они имеют значительную выходную мощность, высокие коэффициенты усиления по мощности и напряжению, быстродейственны.