Меню

Датчики тока напряжения скорости

Датчики электрического тока

Глобальные тренды — спрос на снижение выбросов CO2, повышение интенсивности энергосбережения — приводят к необходимости сбалансированного потребления энергии, для чего большую помощь могут оказать электронные схемы управления процессами. Наиболее распространённые случаи — это оптимизация эксплуатационных характеристик аккумуляторов, контроль скорости вращения двигателей и переходных процессов в серверах, управление солнечными батареями. Для операторов таких систем важно, в частности, знать, какой ток протекает в цепи. Неоценимую помощь в этом могут оказать датчики тока.

Почему необходимы датчики тока

Датчиками называют блоки, задача которых измерить некоторый параметр, а потом, сравнив его с эталонным для данной технической системы значением, подать соответствующий сигнал на исполнительный элемент схемы. Поскольку большинство систем используют электродвигатели, то наиболее распространёнными типами являются датчики тока и напряжения (общий вид последнего представлен на следующем рисунке).

Широкое внедрение таких устройств обусловлено развитием сенсорных методов управления, когда исходный сигнал — электрический или оптический — преобразуется в необходимые параметры управления.

По сравнению в другими управляющими технологиями (например, контакторного контроля) датчики обеспечивают следующие преимущества:

  1. Компактность.
  2. Безопасность в применении.
  3. Высокую точность.
  4. Экологичность.

Малые размеры и вес часто позволяют изготавливать многофункциональные датчики, например, такие, которые могут контролировать несколько параметров цепи. Таковыми являются современные датчики тока и напряжения.

В состав таких детекторов входят:

  • Контактные группы входа;
  • Контактные группы выхода;
  • Шунтирующий резистор;
  • Усилитель сигнала;
  • Несущая плата;
  • Блок питания.

Идея того, что устройства можно подключать к уже имеющейся сети, не выдерживает проверку временем, ибо часто в экстремальных ситуациях (пожар, взрыв, землетрясение) именно системы встроенного электроснабжения первыми выходят из строя.

Детекторы подразделяют на активные и пассивные. Первые не только передают конечный сигнал на управляющий элемент, но и управляют его действием.

Классификация и схемы подключения

Датчики тока предназначаются для оценки параметров постоянного и/или переменного тока. Сравнение выполняется двумя методами. В первом случае используется закон Ома. При установке шунтирующего резистора в соответствии с нагрузкой системы на нём создаётся напряжение, пропорциональное нагрузке системы. Напряжение на шунте может быть измерено дифференциальными усилителями, например, токовыми шунтирующими, операционными или разностными. Такие устройства используются для нагрузок, которые не превышают 100 А.

Измерение переменного тока выполняется в соответствии с законами Ампера и Фарадея. При установке петли вокруг проводника с током там индуцируется напряжение. Этот метод измерения используется для нагрузок от 100 А до 1000 А.

Схема описанных измерений представлена на рисунке:

Измерение обычно производится при низком входном значении синфазного напряжения. При помощи чувствительного резистора датчик тока соединяется между нагрузкой и землей. Это необходимо, поскольку синфазное напряжение всегда учитывает наличие операционных усилителей. Нагрузка обеспечивает питание прибора, а выходное сопротивление заземляется. Недостатками данного способа считаются наличие помех, связанных с потенциалом нагрузки системы на землю, а также невозможность обнаружения коротких замыканий.

Для слежения работой мощных систем детектор присоединяют к усилителю между источником питания и нагрузкой. В результате непосредственно контролируются значения параметров, подаваемых источником питания. Это позволяет идентифицировать возможные короткие замыкания. Особенность подключения заключается в том, что диапазон синфазного напряжения на входе усилителя должен соответствовать напряжению питания нагрузки. Перед измерением выходного сигнала контролируемого устройства нагрузка заземляется.

Как функционирует датчик тока

Работа данного элемента включает следующие этапы:

  1. Измерение нагрузки в контролируемой схеме.
  2. Сравнение полученного значения с эталонным, которое программируется в процессе настройки.
  3. Фиксация полученного результата (может быть выполнена в цифровом или аналогом виде).
  4. Передача данных на панель управления.

Для выполнения указанных функций (в частности, реализации высокой точности измерений) к элементам детектора предъявляются следующие требования:

  • Допустимое падение напряжения на шунтирующем резисторе должно быть не более 120…130 мВ;
  • Температурная погрешность не может быть выше 0.05 %/°С и не изменяться во времени работы;
  • В функциональном диапазоне значений характеристики сопротивления резисторов должны быть линейными;
  • Способ пайки токочувствительных резисторов на плату не может увеличивать общее сопротивление схемы подключения.

Монтажные схемы устройств, которые предназначены для контроля цепей постоянного и переменного тока представлены соответственно на рисунках.

Практика применения

Чаще всего данные изделия используются как измерители в схемах токовых реле, которые управляют режимами работы различного электроприводного оборудования и предохраняют его от экстремальных ситуаций.

Токовые реле способны защитить любое механическое устройство от заклинивания или других условий перегрузки, которые приводят к ощутимому увеличению нагрузки на двигатель. Функционально они определяют уровни тока и выдают выходной сигнал при достижении указанного значения. Такие реле используются для:

  • Сигнала сильноточных условий, например, забитая зёрнами доверху кофемолка;
  • Некоторых слаботочных условий, например, работающий насос при низком уровне воды.
Читайте также:  Разрядка международных напряжений 1970

Чтобы удовлетворить требования разнообразного набора приложений, в настоящее время используется блочный принцип компоновки датчиков, включая применение USB-разъёмов, монтаж на DIN-рейку и кольцевые исполнения устройств. Это обеспечивает выполнение следующих функций:

  • Надёжную работу на любых режимах эксплуатации;
  • Возможность применения трансформаторов;
  • Регулировка текущих параметров, которые могут быть фиксированными или регулируемыми;
  • Аналоговый или цифровой выход, включая и вариант с коротким замыканием;
  • Различные исполнения блоков питания.

В качестве примера рассмотрим схему датчика тока для управления работой водяного насоса, обеспечивающего подачу воды в дом.

Кавитация — это разрушительное состояние, вызванное присутствием пузырьков, которые образуются, когда центробежный насос или вертикальный турбинный насос работает с низким уровнем жидкости. Образующиеся пузырьки затем лопаются, что приводит к точечной коррозии и разрушению исполнительного узла насоса. Подобную ситуацию предотвращает токовое реле.

Когда насос работает в нормальном режиме, и жидкость полностью перекрывает его впускное отверстие, двигатель насоса потребляет номинальный рабочий ток. В случае снижения уровня воды потребляемый ток уменьшается. Если кнопка запуска нажата, одновременно включаются стартёр M и таймер TD. Реле CD настроено на максимальный ток, поэтому его контакт при первоначальном запуске двигателя не будет замкнут. При падении силы тока ниже установленного минимума реле включается, а, после истечения времени ожидания TD, включается в его нормально замкнутый контакт. Соответственно контакты CR размыкаются и обесточивают двигатель насоса.

Применение такого детектора исключает автоматический перезапуск насоса, поскольку оператору необходимо убедиться в том, что уровень жидкости перед впускным отверстием достаточен.

Датчик тока своими руками

Если приобрести стандартный датчик (наиболее известны конструкции от торговой марки Arduino) по каким-то соображениям невозможно, устройство можно изготовить и самостоятельно.

  1. Операционный усилитель LM741, или любой другой, который мог бы действовать как компаратор напряжения.
  2. Резистор 1 кОм.
  3. Резистор 470 Ом.
  4. Светодиод.

Общий вид устройства в сборе, сделанного своими руками, представлен на следующем рисунке. В данной схеме используется эффект Холла, когда разность управляющих потенциалов может изменяться при изменении месторасположения проводника в электромагнитном поле.

Видео по теме

Источник

Датчики времени, скорости, тока и положения

Бесконтактные логические элементы

Датчики времени, скорости, тока и положения

Средства управления разомкнутых электроприводов

Для управления электроприводом, в том числе и разомкнутым, необходима информация о текущих значениях скорости, тока, момента и координат, а также о времени. Устройства, которые выдают подобную информацию в виде электрических сигналов, получили название датчиков.

Датчики времени. При построении схем управления ЭП по принципу времени в качестве датчиков используются различные реле времени — электромагнитые, моторные, электронные и механические. Рассмотрим их принцип действия и основные технические характеристики.

Электромагнитное реле времени (рис. 1) состоит из неподвижной части магнитопровода 2, на котором установлена катушка 1; подвижной части магнитной системы — якоря 6 с контактами 8 и 9. При отсутствии напряжения на катушке якорь 6 с помощью пружины 4 удерживается в поднятом положении.

Особенностью конструкции реле времени является наличие в магнитопроводе 2 массивной медной трубки 3 (гильзы), которая обеспечивает выдержку времени при отключении катушки реле источника питания. Рассмотрим этот процесс подробнее.

Реле времени включается, как и обычное электромагнитное реле подачей напряжения на катушку 1 при замыкании контакта 10. При этом якорь 6, притягиваясь к сердечнику, осуществляет без выдержки времени переключение контактов 8 и 9. Необходимая выдержи времени обеспечивается замедлением возврата якоря в исходное положение, так как при снятии с катушки напряжения спадающий магнитный поток создает в гильзе 3 вихревые токи, которые (правило Ленца) своим магнитным потоком поддерживают основной поток. Другими словами, наличие гильзы замедляет (демпфирует) спад магнитного потока, а значит, и перемещение якоря и контактной системы в исходное (отключенное) положение. Таким образом обеспечивается выдержка времени при размыкании замыкающего контакта и замыкании размыкающего контакта (см. рис. 1, б).

Выдержка времени может регулироваться ступенчато за счет латунной немагнитной прокладки 7 определенной толщины, устанавливаемой на якоре 6 (уменьшение толщины прокладки вызывает увеличение выдержки реле и наоборот), или плавно за счет изменения натяжения пружины 4 с помощью гайки 5.

Читайте также:  Сетевой фильтр или стабилизатор напряжения что лучше для телевизора

Рисунок 1 – Электромагнитное реле времени (а), контакт замыкающийся и размыкающийся с замедлением при возврате (б)

Выдержку времени электромагнитного реле можно обеспечить без установки гильзы 3, закорачивая катушку после отключения ее от сети. В этом случае замкнутый контур, образованный катушкой и замыкающим ее контактом 11, будет играть роль электромагнитного демпфера. Однако выдержка времени в этом случае получается меньше, чем при использовании гильзы. Реле серии РЭВ, обеспечивают выдержку времени от 0,25 до 5,5 с.

Моторное (электромеханическое) реле времени состоит из специального низкоскоростного двигателя и редуктора с большим передаточным числом, на выходном валу которого имеется рычаг, начальное положение которого устанавливается по шкале уставок времени. Рычаг управляет работой вспомогательных контактов, которыми включается выходное электромагнитное реле. Работает моторное реле времени следующим образом. Начало отсчета времени соответствует подаче напряжения на двигатель, который, включившись, начинает вращаться и медленно поворачивать рычаг на валу редуктора. Через заданное время, определяемое начальным положением, рычаг доходит до вспомогательных контактов и замыкает их, что приводит к включению выходного реле, которое одним из своих контактов отключает двигатель, завершая отсчет выдержки времени.

В электронных реле времени (рис. 2) обычно используются различные полупроводниковые элементы (чаще всего транзисторные) и конденсаторы, время разряда или заряда которых и определяет выдержку времени.

В исходном положении реле внешний управляющий контакт S замкнут и на базу транзистора VT1 подается отрицательный потенциал источника питания GB. Данный транзистор при этом открыт, а потенциал базы транзистора VT2 положительный по отношению к его эмиттеру и он закрыт. В результате выходное реле KV отключено. В исходном положении конденсатор С заряжен с показанной на рисунке полярностью обкладок.

Команда на начало отсчета времени подается при размыкании внешнего управляющего контакта К. После этого начинается разряд конденсатора С через резистор R2 и переход эммитер — база транзистора VT1. В результате разряда конденсатора транзистор VT1 закроется, на базе транзистора VT2 появится отрицательный потенциал и он откроется, при этом по обмотке реле KV начнет протекать ток, оно сработает и переключит свои контакты. Отсчет времени закончится.

Выдержка времени такого реле определяется временем разряда конденсатора С, которое зависит от его емкости и сопротивления резистора R2. Регулируя эти величины, можно установить требуемую выдержку времени реле. Электронные реле времени серии ВЛ обеспечивают выдержку времени от 0,1 с до 10 мин.

В пневматических реле выдержка времени обеспечивается воздушным (пневматическим) замедлителем (демпфером), управляемым с помощью электромагнита. Механическое реле времени основано на механизме аналогично часовому.

Датчики скорости. Информацию о скорости ЭП можно получать, как от различных датчиков скорости, так и от самого двигателя. Скорость двигателей постоянного и переменного тока определяет их электродвижущую силу. Таким образом, используя ЭДС в качестве измеряемой (контролируемой) переменной, можно получить информацию о скорости ЭП.

Электромеханическое реле контроля скорости (РКС) работает по принципу асинхронного двигателя. Ротор такого реле (рис.3) представляет собой постоянный магнит, соединенный с валом двигателя, скорость которого измеряется. Постоянный магнит помещен внутри алюминиевого цилиндра 5, имеющего обмотку в виде беличьей клетки. Этот цилиндр может поворачиваться вокруг оси на небольшой угол и переключать с помощью упора 3 контакты 4 и 6. При неподвижном двигателе упор занимает среднее положение и контакты реле находятся в нормальном положении. При вращении двигателя, а следовательно, и магнита 1 даже с небольшой скоростью создается вращающий момент, под действием которого цилиндр 5 поворачивается и обеспечивает с помощью упора 3 переключение контактов 4. При скорости двигателя, близкой к нулю, цилиндр возвращается в среднее положение и контакты 4 переходят в свое нормальное состояние. Скорость, при которой переключаются контакты реле, определяется положением настроечных винтов 2.

Рисунок 3 – Реле контроля скорости (а), тахогенератор (б)

Реле контроля скорости удобно использовать при автоматизации процесса торможения, когда требуется обеспечить отключение двигателя от сети после снижения его скорости до нуля.

Тахогенератор (ТГ) как датчик скорости двигателя обычно применяется в различных схемах управления. Пример его использования в разомкнутой схеме иллюстрирует рисунок 3, б. К якорю 2 тахогенератора подключена обмотка 4 реле напряжения, последовательно с которой включен регулировочный резистор 3. Реле срабатывает при определенной скорости двигателя 1 в зависимости от положения движка реостата 3 и своими контактами осуществляет коммутацию соответствующих цепей управления.

Читайте также:  Трехфазный ток межфазное напряжение

В качестве источника информации о скорости может использоваться якорь двигателя постоянного тока при внесении его в схему тахометрического моста (рис. 4), который образуется резисторами 3 и 2 с сопротивлениями R1 и R2 обмотками якоря 1 с сопротивлением Rя и дополнительных полюсов 4 (сопротивлением RДП. Если подобрать сопротивления R1 и R2, так, чтобы соблюдалось условие

мост окажется сбалансированным и напряжение на его диагонали (между точками А и Б) не будет зависеть от тока якоря, а будет пропорционально скорости двигателя.

Схема тахометрического моста используется как в замкнутых, так и разомкнутых схемах управления. В последнем случае к точкам А и Б подсоединяется катушка реле.

В некоторых случаях, когда не требуется большая точность, предпочтительной является простота. Сигнал, пропорциональный скорости может сниматься непосредственно со щеток ДПТ или фазного ротора АД.

Центробежное реле скорости, выполненное по принципу центробежного регулятора скорости, вследствие своей громоздкости невысокой надежности в схемах ЭП применяется редко.

Датчики тока. В качестве датчиков тока в релейно-контактных разомкнутых схемах используются главным образом реле тока, их катушки, изготовленные из толстого провода с малым числом витков, непосредственно включаются в цепь контролируемого (регулируемого) тока двигателя. При достижении этим током уровней срабатывания или отпускания происходит коммутация контактов реле тока, которые производят соответствующие переключения в схемах управления двигателем.

Наиболее широко для этих целей применяются реле минимального и максимального токов серий РЭВ 830, РЭВ 312, РТ 40.

Датчики положения. К датчикам положения, которые широко используются в разомкнутых схемах управления ЭП, относятся путевые и конечные выключатели различных типов (рис.5).

Рисунок 5 – Условное графическое и буквенное обозначение путевых выключателей

При достижении ЭП или исполнительным органом рабочей машины определенных положений эти выключатели выдают сигналы, которые затем поступают в цепи управления, защиты и сигнализации. Конечные выключатели применяются для предотвращения выхода исполнительных органов из рабочей зоны (например, моста подъемного крана за пределы подкрановых путей). Путевые выключатели используются для подачи команд управления в схему в определенных точках пути исполнительных органов (например, при подходе кабины лифта к этажу).

Путевые и конечные выключатели могут быть бесконтактными и контактными. Последние в зависимости от вида привода их контактной системы делятся на вращающиеся, рычажные и нажимные.

Вращающиеся путевые и конечные выключатели имеют привод от валика, соединенного с валом двигателя непосредственно или через редуктор. На валике располагаются кулачковые шайбы, воздействующие на контактную систему выключателя при достижении валиком определенного положения. При вращении вала двигателя в определенном его положении кулачковые шайбы осуществляют переключение контактов выключателя.

Рычажные конечные и путевые выключатели имеют привод своей контактной системы от поворотного рычага, соединенного с движущейся частью ЭП или исполнительного органа. Возврат рычага и контактов в исходное положение осуществляется с помощью пружины.

В нажимном выключателе переключение контактов происходит при нажатии на его шток, возврат которого в исходное положение осуществляется под действием пружины. В качестве нажимных выключателей применяются также микропереключатели, у которых при воздействии на шток происходит переключение упругого контакта.

Выпускаемые контактные путевые и конечные выключатели серий КУ 700; ВУ 150 и ВУ 250; ВК 200 и ВК 300; ВПК 1000,2000, 3000 позволяют коммутировать одну или две цепи переменного тока до 10 А и напряжении до 500 В и постоянного тока до 1,5 А при напряжении до 220 В.

Рисунок 6 – Индукционный датчик положения

Бесконтактный индукционный датчик положения (рис.6) состоит из разомкнутого магнитопровода с катушкой 2, параллельно которой включен конденсатор 6. Катушка с конденсатором в свою очередь включены в цепь переменного тока вместе с обмоткой 4. Когда якорь датчика 3, закрепленный на подвижной части ЭП или исполнительного органа рабочей машины, не замыкает магнитопровод (пунктирное изображение), индуктивное сопротивление катушки мало, в ее цепи проходит большой ток и реле 4 включено. Когда якорь 3 переместится и займет положение над магнитопроводом индуктивное сопротивление катушки 2 возрастет и в цепи (за счет подбора емкости конденсатора 6) наступит резонанс тока и резкое его снижение. Реле 4 в результате снижения тока отключается, вызывает переключение его контактов 5 в цепи управления ЭП.

Потенциометрические, сельсинные и цифровые датчики положения применяются главным образом в замкнутых ЭП.

Источник

Adblock
detector