Лабораторна робота №1
Дослідження напівпровідниковихреле часу
Стислі теоретичні відомості
Електричне реле з нормованим часом вмикання абовимикання називають реле часу. Подібне реле забезпечує витримку часу від мілісекунддо декількох годин. Для отримання невеликих витримок часу (декілька секунд)використовують реле в поєднанні із схемами, сповільнюючими зміну струму вкотушці реле. Такі реле часу не відзначаються стабільністю, але вони знаходятьдостатньо широке застосування завдяки своїй простоті і невисокій вартості.
В схемі на рис. 1.1, а, для сповільнення спрацюванняпаралельно котушці реле КТ ввімкнено конденсатор С. Призамиканні керуючого контакту К конденсатор шунтує обмотку, і струм вобмотці починає протікати тільки після того, як конденсатор зарядиться (другийзакон комутації) і його опір зросте.
/> Рис. 1.1 – Схеми витримок часу
Додатковий резистор R обмежує початкове значенняструму в колі.
Всі схеми сповільнення відпускання реле основані навикористанні енергії, накопиченої в магнітному полі котушки для підтримуванняструму після розриву кола живлення реле. В схемах на рис. 1.1, б, в післярозмикання контакту К, магнітний потік, що зменшується, наводить ЕРС вобмотці реле, під дією якої в колі проходить струм спрацювання іk,що стримує якір в притягнутому стані. Схеми характеризуються додатковимивтратами потужності, що виникають в резисторі. Цього не відбувається в схемі,показаній на рис. 1.1, г, в якій послідовно з резистором ввімкненодіод D. Тому в стаціонарному режимі струм через резистор непроходить. Для отримання значної витримки часу реле повинно бути достатньомасивним, щоб забезпечити необхідний запас магнітної енергії.
Аналогічний принцип використовують в реле часу постійногоструму з електромагнітним сповільненням і демпфуючою короткозамкненоюобмоткою (рис. 1.2). При вмиканні обмотки реле 1 домережі магнітний потік в осерді 2 зменшується. Це приводить довиникнення ЕРС в масивній шайбі 3, що знаходиться на осерді. Опір шайбидуже малий, тому в ній виникають великі вихрові струми, що підмагнічуютьосердя. В результаті магнітний потік в осерді реле зменшується значноповільніше, якір 5 залишається в притягненому стані і контакти реле4 розмикаються з витримкою часу до 10 с.
/> Рис. 1.2
Існують конструкції реле часу, в яких роль короткозамкненоїобмотки виконує мідна гільза, надіта на осердя. Витримку часу регулюють зміноюзазору між якорем і осердям або натягом пружини 6. Це змінює значеннямагнітного потоку відпускання Фвід (рис. 1.2., б), при якомупочинається рух якоря. При сильному послабленні пружини відпускання якорявідбувається на пологій ділянці кривої Ф (t), величина витримки часустане невизначеною, що обмежує діапазон регулювання реле. Витримку часу можнатакож регулювати на основі використання котушки, що вмикається зустрічно істворює розмагнічуючий магнітний потік. В результаті магнітний потік в осердізменшується швидше (штрихова крива на рис. 1.2, б) і витримка часузмінюється від t2 до t1. Для одержаннявеликої витримки збільшують об’єм магнітної системи реле і застосовують матеріализ високою магнітною проникністю. Магнітопровід реле працює в режимі насичення,тому зміна напруги живлення практично не впливає на початковий потік, і,відповідно, на стабільність витримки часу. Однак витримка часу сильно залежитьвід зміни температури шайби 3, що впливає на електричний опір і величинупідмагнічуючого струму. Це збільшує похибку реле до 5–19%.
В даний час в промисловості використовують конденсаторніреле часу, що базуються на інерційних властивостях RC – ланки.Принципова схема реле з зарядом конденсатора показана на рис. 1.3, а. Призамиканні керуючого контакту К1 в колі проходить струм і напруга назатискачах конденсатора зростає за законом.
Uc = Uж/>(1– exp [-t//>]),
де Uж– напруга живлення; />=R/>C – постійна часу кола.
Ця напруга подається на високоомний вхід напівпровідниковогопідсилювача, що містить пороговий елемент, який спрацює при заданій напрузі Uспр.1.Через час
t=/>/>ln [Uж/(Uж-Uспр1)]
напруга на конденсаторі досягає величини Uспр.1,вихідне електромагнітне реле К2 виконує необхідні перемикання взовнішньому колі. В схемі (рис. 1.3, б) конденсатор попередньо заряджаєтьсядо Uж; при перемиканні керуючого контакту К1 він починаєрозряджатись на резистор R.
/>
/> а) б)
Рис. 1.3 – Конденсаторні реле часу
а) – з зарядом конденсатора; б) – з розрядом конденсатора
Напруга на конденсаторі зменшується:
Uc=Uж ∙exp (-t//>)
і через час
t=/>·(Uж/Uспр2)
понижується до величини Uспр.2, при якійнапівпровідникова схема переходить з одного стану в інший.
Величину витримки часу регулюють зміною постійної часу />. Ступінчатерегулювання здійснюють зміною ємності конденсатора С, а більш плавне – зміноюопору резистора R. Стабільність витримки часу в значній мірізалежить від коливання напруги в мережі. Тому в подібних схемах необхідні стабілізованіджерела живлення. Конденсаторні реле часу достатньо прості, надійні і дозволяютьотримувати максимальну витримку часу 50 с з похибкою 5–15%.
Подальше збільшення витримки часу досягається живленнямконденсатора імпульсною напругою з великою щільністю імпульсів (рис. 1.4.).
/>
Рис. 1.4.
Конденсаторні реле часу з імпульсним живленням
При цьому короткочасні періоди t1 змінинапруги конденсатора чергуються тривалими періодами часу T-t, коли цянапруга залишається незмінною. В результаті витримка часу збільшується вдекілька раз. Подібний принцип використовується в багатьох сучасних реле часу,при цьому виникає можливість отримання витримки часу 10–20 хв. Всхемі реле (рис. 1.4, б) конденсатор С1 заряджаєтьсяімпульсами, які генеруються блокінг – генератором Г1 з частотою 50 –100 Гц. Тривалість імпульсів 3–5 мкс. Конденсатор ввімкнений замостовою схемою, в діагоналі якої ввімкнено пороговий елемент – діод VD,який відкривається при перевищенні напруги спрацювання, що знімається з подільникаR1-R2.
Після заряду конденсатора діод VD відкривається, ічерез розподільний конденсатор С2 видає керуючий імпульс навихідний тригер Т, що комутує коло електромагнітного реле К. Приведенапохибка подібних реле може бути знижена до 1,5%.
Великі витримки при високій точностівідрахунку можуть забезпечити лічильно-імпульсні реле. Прикладом такого релечасу може служити трьох – ланкове реле типу ВЛ – 34, принципова схемаякого приведена на рис. 1.5. При подачі напруги живлення на схему релепочинає працювати стабілізований імпульсний генератор 1.
/>
Рис. 1.5. – Лічильно-імпульсне трьохланкове реле типу ВЛ-34
Опорні імпульси сталої тривалості, щовиробляє генератор, поступають на лічильник імпульсів 2, з якимзв’язаний дешифратор 3, що встановлює незалежні витримки часу в трьохвихідних колах.
Коли кількість імпульсів, що поступають налічильник, досягає необхідноі величини, сигнал з виходу дешифратора черезпотужний підсилювач4 поступає на виконавче реле 5. Приповторному вмиканні реле лічильник обнульовується. Час підготовки реле0,3 с.
Реле виконано на базі інтегральнихмікросхем серіі К176, має невеликі габаритні розміри і масу. Основна похибкавитримки часу реле може бути визначена за формулою:
d=/>(2,2+0,1/>(Tmax/T)) %,
де Т, Тмах –витримка часу реле і її максимальне значення.
Приведена похибка (при Т=Тмах)відповідає класу точності 2.5. Реле часу ВЛ-34 забезпечує витримку часу до100 хв. Існують аналогічні конструкції лічильно-імпульсних реле,розрахованих на витримку до 10 год.
3. Опис дослідної установки
Лабораторна робота виконується звикористанням учбової програми на базі ПЕОМ.
4. Завдання
4.1. Виконується при самостійнійпідготовці перед виконанням лабораторної роботи.
4.1.1. Для заданих в табл. 1 параметрів дослідної схемирис. 1.6 визначити для вказаного викладачем варіанту часову затримку.
/> Рис. 1.6
Таблиця 1№ варіанту Значення параметру
tзатр.розр
ms
tзатр.вим
ms
V0, B R, Om C, Мкф
Vk, B 1 12 100 200 6 2 15 200 300 6 3 12 150 300 6 4 15 200 250 6 5 10 250 300 6
де U0– напруга джерелаживлення, В;
Uк – напруга спрацювання реле,В.
tзатр.розр. – час затримки зарезультатами розрахунку, мс;
tзатр.вим. – час затримки зарезультатами вимірювань, мс.
4.1.2. Для заданих в табл.2 параметрів дослідної схеми рис. 1.7 визначити для вказаноговикладачем варіанту часову затримку. Індуктивність обмотки котушки реле часу Кдорівнює L=1250 мГн.
/> Рис. 1.7
Таблиця 2№ варіанту Значення параметру
tзатр.вим
ms
tзат.вим ms
UO, B R, Om
Uk, B 1 12 100 6 2 15 200 6 3 12 250 6 4 10 300 6 5 15 250 6
4.1.3. Для параметрів дослідної схемирис. 1.8, що задаються табл. 3, визначити для вказаного викладачемваріанту часову затримку спрацювання реле, якщо періодичність імпульсів складає10 мс.
/> Рис. 1.8
Табл. 3№ варіанту Значення параметру
tзатр.розр ms
tзатр.вим ms
UO, B R, Om C, Мкф
R2, KOm
tімп, ms 1 12 100 200 5 2 2 15 200 200 10 4 3 10 300 400 20 10 4 12 200 200 20 10 5 15 100 200 15 5
4.2 Виконується в лабораторії
4.2.1. Ввімкнути в мережу ПЕОМ, натиснутиCtrl-Alt-Delete, в стрічках користувача і пароль набрати Zagal.
4.2.2. Зайти у Wіndows Commander на дискС: у папку Programs /Ea/ Lw1.
5. Опрацювання дослідних даних
5.1. Визначити розрахункові дані таблицьтабл. 1… табл. 3. Результати вимірювань tзатр. вим. занести втаблиці.
5.2. Зробити висновок по роботі.
Література
1. Михайлов О.П., Стоколов В.Е. Электрическиеаппараты и средства автоматизации. – М.: Машиностроение, 1982 г.
2. Таев И.С. Электрические аппараты автоматики иуправления. – М.:» Высшая школа», 1975 г.
3. Чунихин А.А. Электрические аппараты (общий курс). –М.:» Энергия», 1975 г.