Лабораторная1

1. Министерство образования и науки Российской Федерации Саратовский государственный технический университет Балаковский институт техники, технологии и управления ИССЛЕДОВАНИЕЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Методические указания к выполнению лабораторнойработы по дисциплине«Элементыи устройствасистем управления» для студентов специальности 220201.65 «Управление и информатика в технических системах» и по направлению 220400.62 «Управление в технических системах» всех форм обучения Одобрено редакционно-издательским советом Балаковского института техники, технологии и управления Балаково 2011 1

2. Цель работы–ознакомление с принципом действия и основными техническими характеристиками реле типов МКУ-48, РКН, РП-4 и шаго- вого искателя. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Релепредставляет собой электромагнитное устройство, которое приходит в действие (срабатывает) при определенном значении воздейст- вующей на него входной величины, и предназначенопроизводить скачко- образные изменения и цепях служебного характера (управления, сигнали- зации и связи). Основными параметрами реле являются: напряжение (ток) срабаты- вания Ucp, (Icp); рабочее напряжение (ток) Up, (Ip); напряжение (ток) отпус- кания Uотп, (Iотп). Надѐжность работы реле характеризуюткоэффициенты: –коэффициент запаса (при срабатывании и отпускании по напряже- нию илитоку): Uр Ucp , KUотп= Uр Uотп , KIcp= Iр Icp , KIотп= Iр Iотп; KUср= –коэффициент возврата (по напряжению илитоку): KBU= Uотп Uср, KBI= Iотп Iср; –коэффициент управления Купоказывает возможности использова- ния реле в качестве релейного усилителя и равен отношению коммути- руемой мощности Nkк мощности срабатывания реле Nср: Nk Nср. Ky= К основнымпараметрамреле относятсявременныехарактеристики: время срабатывания и время отпускания. Реле типа МКУ-48.На рис. 1 показана конструктивная схема реле с 2

3. одним закрывающимся (4) и одним открывающимся (3) контактами. Кон- такты 3 и 4 переключаются толкателями 5, закрепленными на кронштейне 6. 6 7 5 4 8 3 9 10 2 1 11 12 Рис.1.Конструктивная схема реле типа МКУ-48. Кронштейн 6 укреплен на ярме 9, шарнирно соединенном с магни- топроводом 11. Возвратная пружина 10, укрепленная на изоляционной ко- лодке 8, стремится повернуть ярмо по часовой стрелке. Это вызывает (при отсутствии напряжения на катушке питания 1) замыканиенормально замкнутого контакта 3 и размыканиенормально разомкнутого контакта 4. Катушка питания надета на сердечник 12, соединенный с магнитопроводом 11. При подаче питания на катушку 1, ярмо 9 будет притягиваться к сер- дечнику 12 и переключит контакты 3 и 4 изнормального (нерабочего) со- стояния в рабочее. Упорный фиксатор 2 служитдляограничения хода ярма 8 под действием возвратной пружины 10 (при снятии напряжения с ка- тушки) и для подстройки параметров срабатывания реле. Настройку пара- метров срабатывания и отпускания реле осуществляют возвратной пру- жиной 10 и пружинами 7 контактов 3 и 4. Сердечник 12 выполнен в форме полосы и имеет расщепленный полюс. Это делает реле МКУ-48 пригодным для переменного и для постоянного тока. На рис. 2 показано условное изображение катушки, реле и контактов в схемах автоматики. 3

4. в) б) а) Р1 Рис.2. Условное изображение катушки(а), реле (б) и контактов(в) Реле типа РКН.Это нейтральное реле постоянного тока, принцип действия и конструкция которого мало отличаются от реле МКУ-48. Предлагается самостоятельно разобраться в конструктивной схемереле (на лабораторном стенде). Реле типа РП-4.Это поляризованное реле. Основными элементами конструкции (рис. 3) являются: намагничивающая катушка 1 (катушка управления), создающая в стальном магнитопроводе 2 магнитный поток Фу (сплошная линяя), и постоянный магнит 3, создающий магнитный поток Фс (пунктирная линия). 5 6 4 Фл Фп Фу 3 Фм 2 N S 1 =Uу Рис.3.Основные элементы конструкции реле типа РП-4 Поток Фспроходит через стальной подвижный якорь 4 и разветвля- ется на два потока Фли Фпр, один из которых совпадает, а другой проти- воположен по направлению магнитному потоку намагничивающих кату- 4

5. шек. Перемещение якоря ограничивается неподвижными контактами 5. На конце якоря имеется средний контакт 6. При отсутствии тока в управляю- щей обмотке якорь 4 находится в среднем (нейтральном) положении, а его контакты не замыкают исполнительной цепи. При наличии тока магнитный поток в одной части магнитопровода арифметически складывается с пото- ком от постоянного магнита, а в другой части эти потоки вычитаются, и подвижный якорь 4 переключается. Шаговым искателемназывается электромагнитный механизм, по- зволяющий осуществлять последовательную цикличную коммутацию электрических цепей или приемников. Конструктивная схема шагового искателя приведена на рис.4. Up n 2 4 РО РО РО 3 К 5 6 1 в 7 б а ~24В Рис.4. Конструктивная схема шагового искателя По окружности или сектору располагаются один или несколько рядов неподвижных контактов (а– n), по которым перемещается подвижный контакт (щетка) 2. Электромагнит 4 получает импульсное питание на ра- бочую обмотку ОР, притягивая при каждом импульсе свой якорь 5 и с по- мощью рычага 3 поворачивая храповое колесо 7 на один зуб. Это соответ- ствует перемещению связанного с храповым колесом подвижного контакта 2 наследующий неподвижный контакт. После прекращения действия им- пульса пружина 5 возвращает якорь 5 в исходное положение, положение 5

6. храпового колеса фиксируется стопорной собачкой 1. На якоре 4 укреплен подвижный контакт К, размыкающийся при каждом срабатывании шаго- вого искателя. Включение такого размыкающего контакта последовательно с рабочей обмоткой РО электромагнита в цепь постоянного тока позволяет осуществлять "самоходный" режим работы шагового искателя. В данной установке рабочая обмотка электромагнита питается им- пульсным напряжением от двухрелейногогенератораимпульсов [2]. ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Технические характеристики реле типов МКУ-48, РКН, РП-4 приве- дены в табл. 1. Таблица 1 Технические характеристики реле Обмотка сопротив- ление, Ом витков № п/п Тип реле Константы ток, А ние, В Время сраба- тывания, мс Время отпус- пус- кания, мс - Приме- чание кол-во обмоток кол-во напряже- 1 МКУ-48 1 1900 1000 - 5 220 перем. ток пост. ток пост. ток 2 РКН 1÷3 400÷10000 10000 4÷10 7÷9 0,2 60 ÷45000 10000 ÷35000 3 РП-4 1÷3 400÷8000 3,5÷4,5 0,2 24 двух- позиц. Принципиальная электрическая схема установки для определения основных параметров реле приведена на рис. 5. ЛАТР К3 А В1 К1 К2 К4 ~220В V Р2 Р3 Р1 Рис.5. Принципиальная электрическая схема установки 6

7. Поочередное включение в цепь питания реле МКУ-48, РКН, РП-4 производится соответственно тумблерами Kl, К2, КЗ. Изменение полярности тока в управляющей обмотке реле РП-4 производится переключателем К4. Момент срабатывания (отпускания) реле фиксируется по загоранию (потуханию) ламп Л1, Л2, ЛЗ, включенных через замыкающие контакты каждого реле в автономную цепь питания переменного напряжения 24В (рис. 6). Р1 Р2 Р3 ~24 В Л1 Л2 Л3 Рис.6.Цепь питания переменного напряжения 24В ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ 1. Установку включать в сеть только после ознакомления с ее уст- ройством и работой, получив разрешение преподавателя. 2. Перед включением установки в сеть предупредить всех присутст- вующих членов бригады. 3. При обнаружении неисправности (искрение, запах и т.п.) немед- ленно отключить установку от сети и сообщить преподавателю. 4. Категорически запрещается производить устранение неисправно- стей, переключение клемм, касаться контактов реле и шагового искателя при включенной установке. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Ознакомиться с техническими характеристиками, конструкцией реле типов МКУ–48, РКН,РП–4, шаговогоискателя. 7

8. 2. Замерить токи и напряжения срабатывания, отпускания, рабочие токи при рабочем напряжении Up=50 В. Замеры произвести по трираза, вычислить среднеарифметические значения, занести в табл.2. Таблица 2 Протокол испытаний электромагнитных реле и шагового искателя Замеренные и расчетные параметры реле среднеарифметические Iср, мА В мА В мА Тип реле Шаговый искатель Uср, В частота пере- ключений, Гц Uр, Iр, Uотп, Iотп, KUсрKIср KUотп KIотп KвU KвI U, В 35 40 45 50 число ша- гов за 15с МКУ-48 РКН РП-4 3. Установить напряжение порядка 30 B, включить тумблер ГИ. Оп- ределить частоту переключения шагового искателя по мнемонической схеме. Проделать то же самое при напряжениях 40, 45, 50 B. Определить минимальное напряжение, при котором шаговый искатель начинает ус- тойчиво работать (подвижный контактбез задержек равномерно переме- щается по неподвижным ). 4. Определить коэффициенты возврата и запаса реле по току и на- пряжениюпо формулам, приведенным на с.3. СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА Отчето работе оформляется в отдельной рабочей тетради и содержит: 1. Название лабораторной работы. 2. Цель работы. 3. Электрическуюсхемуиспытаний реле. 4. Протокол испытаний электромагнитных реле, согласно табл. 2. 5. Статические характеристики исследованныхтипов реле. 8

9. 6. Электрическуюсхему двухрелейного генератора импульсов с описанием назначения ее элементов. 7. Выводы по проделанной работе (о надежностиреле повеличине коэффициентов запасаи возврата). КОНТРОЛЬНЫЕВОПРОСЫ 1. Перечислить области применения реле. 2. Дать классификацию реле. 3. Описать принцип действия и конструктивные особенности реле МКУ-48. 4. Описать принцип действия и конструктивные особенности реле РКН. 5. Описать принцип действия и конструктивные особенности реле РП-4. 6. Перечислить основные параметры реле. 7. Описатьпринцип действия схемы для исследования характеристик реле. 8. Объяснить вид статических характеристик. 9. По каким параметрам делают вывод о надежной работе реле? 10. Какиеспособы используют для изменения временных параметров реле? ВРЕМЯ, ОТВЕДЕННОЕ НА ЛАБОРАТОРНУЮ РАБОТУ Подготовка к работе 0,5 акад. часа Выполнение работы 1 акад. час Выполнение расчетов и оформление отчета 0,5 акад. часа 9

10. ЛИТЕРАТУРА 1. Колосов С.П., Калмыков И.В., Нефедова В.И. Элементы автоматики. - СПб.: ООО «Андреевский издательский дом»,2007. –388с. 2. Ройзен В. 3. Миниатюрные герметичные электромагнитные реле. - М., 2006. –289с. 3. ВласовВ.В.Электромеханические реле и шаговые искатели в промышленной автоматике: методические указания к лабораторной работе. , Саратов:СГТУ, 1990. 10

11. СОДЕРЖАНИЕ Основные понятия 2 Техника эксперимента 6 Правилатехники безопасности 7 Порядок выполнения работы 7 Содержание и оформление отчета 8 Контрольные вопросы 9 Время, отведенное на лабораторную работу 9 Литература 10 11

12. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Методические указания к выполнению лабораторнойработы по дисциплине«Элементыи устройствасистем управления» для студентов специальности 220201.65 «Управление и информатика в технических системах» и по направлению 220400.62 «Управление в технических системах» всех форм обучения СОСТАВИЛА Рогова Марина Викторовна Рецензент С.П. Косырев Редактор Л.В. Максимова Формат60х84 1/16 Подписано в печать 04.04.11 Уч. - изд.л. 0,7 Бумага тип. Усл. печ.л. 0,75 Бесплатно Тираж 100 экз. Заказ Саратовский государственный технический университет 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77 Копипринтер БИТТиУ, 413840, г. Балаково, ул. Чапаева, 140 12