|
Глава 14 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О
БЕСКОНТАКТНЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОДВИЖНОМ
СОСТАВЕ
Общие сведения об элементах, применяемых в бесконтактных
системах управления
троллейбусами
Как указывалось выше, системы автоматического управления
обладают существенными преимуществами перед неавтоматическими.
Однако они получаются более сложными по сравнению с
неавтоматическими и имеют значительное количество блокировочных
контактов, что повышает расходы по обслуживанию и ремонту
подвижного состава; при недостаточном «обслуживании снижается
надежность работы системы управления.
Повышение надежности систем автоматического управления и
снижение, затрат на обслуживание и ремонт электроподвижного
состава могут быть обеспечены внедрением элементов
бесконтактного управления. В настоящее время элементы
бесконтактного управления находят' все более широкое применение
в электрических промышленных приводах; ведутся также работы по
их применению на электрическом подвижном составе. К таким
элементам относятся бесконтактные датчики перемещения, магнитные
усилители, полупроводниковые управляемые и неуправляемые диоды и
триоды, типовые логические элементы.
Получение на электрическом подвижном составе переменного тока,
необходимого для питания некоторых датчиков перемещения,
магнитных усилителей и логических элементов, в настоящее время
не представляет проблемы. Широкое применение полупроводниковых
приборов в электрооборудовании автобусов и автомобилей, особенно
за рубежом, указывает на целесообразность замены зарядных
генераторов постоянного тока синхронными Генераторами: Последние
более надежны, долговечны, требуют меньшего ухода и более
компактны. Их вес вместе с выпрямительным устройством обычно
меньше веса генератора постоянного тока одинаковой мощности.
Кроме того, на требующиеся мощности и относительно низкие
напряжения нетрудно выполнить преобразователи напряжения
постоянного. -тока в переменный на полупроводниковых приборах.
Такие преобразователи имеют высокий коэффициент полезного
действия, стабильные характеристики и являются вполне надежными
устройствами.
В электрических схемах блокировочные контакты групповых
электрических аппаратов, а также контакторов могут быть заменены
бесконтактными датчиками перемещения. Для примера на рис. 196, а
показан принцип устройства трансформаторного датчика для
контактора, а на рис. 196, б — для многопозиционного аппарата,
например для реостатного контроллера. Первичная обмотка обоих
датчиков размещена на среднем стержне и питается переменным
током (на рис. 196, б обмотки не показаны, они размещены так же,
как на рис. 196, а). Вторичная обмотка установлена на полюсах
сердечника и состоит из двух одинаковых катушек I и II. Катушки
включены встречно. Поэтому при симметричном положении якорей Я1
и Я2 и, следовательно, одинаковом сопротивлении магнитной цепи
напряжение на выходе датчика равно нулю (Uвых
= 0). При смещении одного из якорей, например Я1, в направлении,
показанном стрелкой на рис. 196, а, э. д. с. в катушке I
уменьшится вследствие увеличения магнитного сопротивления цепи,
включающей якорь Я1, и на выходе вторичной обмотки появится
напряжение, которое обычно выпрямляется при помощи
выпрямительного моста В, собранного из полупроводниковых диодов.
Для сглаживания пульсаций на выходе датчика обычно ставят
конденсатор С. В зависимости от установки датчик может выполнять
функции замыкающих или размыкающих блок-контактов. Если якори Я1
и Я2 датчика занимают симметричное положение по отношению к
сердечнику при выключенном контакторе, то датчик эквивалентен
замыкающим блок-контактам. Если, наоборот, якори Я1 и Я2 датчика
расположены симметрично при включенном контакторе, то дачтик
выполняет функции размыкающих блок-контактов.
При групповом аппарате, например реостатном контроллере, на его
вал насаживается стальной диск Я1 (рис. 196, б). Число и
расположение
вырезов на диске Я1 делается в соответствии
с тем, в каких положениях вала контроллера датчик должен давать
сигналы, т. е. замещать замыкание блок-контактов.
Встречное включение катушек вторичной обмотки датчика исключает
влияние внешних полей (наводок), обеспечивает удобную настройку
и регулировку датчика при помощи перемещения якоря Я1. Возможно
применение и других датчиков перемещения, например индуктивных,
резонансных и пр.
Датчики перемещения обычно выполняются на небольшие
выходные мощности и для усиления их
сигналов используют полупроводниковые триоды (транзисторы) или
магнитные усилители.
Из трех возможных схем включения
полупроводниковых триодов (с общей базой, коллектором и
эмиттером) обычно отдают предпочтение последней схеме,
обладающей большим коэффициентом усиления по току.

Рис. 196. Схема трансформаторных датчиков
перемещения ДП: а — поступательного и б — поворотного движения
На рис. 197 показана простейшая схема
управления катушкой контактора КК при помощи датчика
перемещения. В ней плюс напряжения питания контактора подается
на эмиттер транзистора, а минус — на катушку контактора. Второй
конец катушки соединен с коллектором. Выходные зажимы датчика
перемещения ДП присоединены к электродам эмиттер — база, причем
плюс на эмиттере, а минус на базе. При отсутствии напряжения на
выходе ДП транзистор закрыт под действием напряжения смещения
Uсм плюс которого приложен к базе Б, а
минус к эмиттеру Э. В этом случае все напряжение питания
контактора Uy приложено к электродам транзистора эмиттер —
коллектор. При появлении напряжения Uдп на выходе ДП, большего
Ucм, потенциал базы Б становится ниже потенциала эмиттера Э,
возникает ток Iб, и происходит
открывание транзистора. При открытом транзисторе все напряжение
Uy ложится на катушку контактора, и последний включается. При
исчезновении напряжения на выходе ДП под действием
Uсм потенциал базы становится выше
потенциала эмиттера, протекание тока Iб
прекращается, и контактор выключается, так как сопротивление на
электродах эмиттер — коллектор становится весьма большим. Диод
Д, включенный параллельно катушке контактора, служит для защиты
транзистора от перенапряжения, которое могло бы возникнуть в
момент закрывания его при отсутствии диода Д. При включении в
катушке контактора появляется э. д. с. самоиндукции, которая
замыкается через диод Д. Возникший при этом ток создает н. с.,
которая снижает скорость уменьшения магнитного потока и тем
уменьшает э. д. с. самоиндукции и напряжение на транзисторе.
В реальных схемах цепей управления электрического подвижного
состава катушки контакторов, реле, электрических приводов
групповых
аппаратов обычно включают через ряд блок -
контактов, функции которых при бесконтактном управлении могут
быть выполнены при относительно небольшом разнообразии датчиков
и типовых логических элементов или ячеек. Такие элементы
получили широкое применение в вычислительной технике и
автоматике.

Для примера рассмотрим два из наиболее распространенных
логических элемента И и ИЛИ. Элемент И соответствует
последовательному соединению замыкающих блок-контактов. Известен
ряд различных схем этого элемента. Одна из них, выполненная на
полупроводниковых диодах и триодах, показана на рис. 198. Здесь,
как и на рис. 197, плюс напряжения питания Uy подается на
эмиттер, а минус — на нагрузку, второй конец нагрузки соединен с
коллектором. Плюс напряжения смещения Uсм соединен с базой через
соответствующие сопротивления Rсм1, Rсм2, Rсм3, и
диоды Д1, Д2, Д3. Минус Uсм соединен с эмиттером. Кроме того,
база соединена через сопротивление Rc с минусом напряжения
питания. Плюсы выходных напряжений датчиков соединены с плюсом
Uсм, а минусы — с соответствующими входными сопротивлениями
Rвх1, Rвх2, Rвх3 логического элемента.
Сопротивления Rc и Rсм подобраны так, чтобы
при отсутствии выходного напряжения даже на одном датчике ДП на
базе транзистора был бы положительный потенциал по отношению к
эмиттеру. Тогда при отсутствии выходного напряжения на всех трех
датчиках потенциал базы будет тем более положительным. Поэтому
при отсутствии выходных сигналов на датчиках транзистор будет
закрыт и напряжение на нагрузке Rн весьма мало. При появлении
выходного напряжения на одном или даже на двух датчиках в схеме
ничего не меняется. Например, при появлении напряжения
Uдп через сопротивления Rвх1 и Rсм1
протекает ток, и потенциал точки Л становится отрицательным по
отношению к эмиттеру. Однако благодаря запирающему действию
диода Д1 потенциал базы остается выше потенциала эмиттера, а
транзистор не открывается. Лишь при наличии входных сигналов у
всех диодов Д1 Д2 Д3 на левых зажимах их будут отрицательные
потенциалы. Они, по-прежнему, не будут попадать на базу, но в
этом случае на базе будет отсутствовать положительное смещение
от Uсм и под действием напряжения питания нагрузки Uy появится
ток в базе Iб, проходящий через
сопротивление Rc, и транзистор откроется. В этом случае все
напряжение Uy будет приложено к нагрузке Rн. При исчезновении
напряжения на выходе любого из датчиков транзистор закроется,
так как поддействием Uсм на базе появится, положительное
смещение. В принципе логический элемент И может быть выполнен и
с большим или меньшим количеством входов, т. е. с замещением
большего или меньшего числа блок-контактов.
Элемент ИЛИ соответствует
параллельному соединению замыкающих «блок-контактов; как и для
элемента И, известен ряд схем этого элемента.
Одна из его схем, выполненная на
полупроводниковых приборах, приведена на рис. 199. Для
выполнения этого элемента с таким же количеством входов» как у
И, требуется меньшее количество сопротивлений. В качестве
входных достаточно одного сопротивления Rвх и одно сопротивление
Rсм. Кроме того, изменена на обратную полярность включения
диодов Д1
Д2 Д3
При отсутствии напряжения на выходах
датчиков транзистор закрыт, так как на его базе получается
положительное смещение от Uсм. При появлении выходного
напряжения на одном из датчиков большего Uсм, потенциал на базе
становится ниже потенциала эмиттера, возникает ток в базе, и
транзистор открывается. При этом все напряжение Uy
прикладывается к нагрузке. Разумеется, транзистор будет также
открыт, если на выходе всех датчиков будет напряжение.
Транзистор закрывается при напряжениях ниже Uсм на всех
датчиках.
Логические элементы обычно делают с относительно небольшой
выходной мощностью. Поэтому для питания потребителей типа
катушек контакторов или приводов
групповых аппаратов требуется установка усилителей. Таким
образом, нагрузкой логических элементов являются входные цепи
усилителей, через которые происходит питание электрических
приводов аппаратов.
|