ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.

2. СОСТАВЛЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ.

3. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ.

4. РАСЧЕТ НОМИНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в промышленности очень часто встает задача коммутации токов, или напряжений. Очень распространенным решением этой задачи является реле. Электромагнитные реле по своим эксплуатационным показателям уступают электронным реле, т.к. в электронном реле нет не контактов, не катушек намагничивания. Полупроводниковые реле более просты при изготовлении, чем электромагнитные.

Целью данного проекта является проектирование полупроводникового реле тока с заданными параметрами срабатывания и отпускания, а также максимальными значениями коммутируемых токов и напряжений.

Реле — это электромагнитные, электромеханические или электронные устройства, которые предназначены для коммутации цепей в схемах автоматизированного управления и защиты технологическими установками, электрическими сетями и системами. Области применения Электромагнитная коммутация используется в схемах автоматики, управления электроприводами, электроэнергетическими и технологическими установками, в системах контроля и т. п. Реле электромагнитное позволяет регулировать напряжения и токи, выполнять функции запоминающих и преобразующих устройств, фиксировать отклонения параметров от заданных значений. Основными характеристиками реле являются: • Чувствительность - переключение от подаваемого в обмотку сигнала определенной мощности, достаточной, чтобы происходило включение. • Сопротивление обмотки. • Напряжение (ток) срабатывания - минимальное пороговое значение параметра, при котором контакты переключаются. • Напряжение (ток) отпускания. • Время срабатывания. • Рабочий ток (напряжение) - величина, при которой происходит гарантированное включение в процессе эксплуатации (значение указывается в заданных пределах). • Время отпускания. • Частота включений с нагрузкой на контактах. Достоинства и недостатки Реле электромагнитное имеет следующие преимущества над полупроводниковыми конкурентами: • коммутация больших нагрузок при малых габаритах; • гальваническая развязка между цепью управления и группой коммутации; • низкое тепловыделение на контактах и катушке; • небольшая цена. Устройству присущи также недостатки: • медленное срабатывание; • относительно небольшой ресурс; • радиопомехи при переключении контактов; • сложность коммутации на постоянном токе высоковольтных и индуктивных нагрузок. По принципу действия электромеханические реле делятся на следующие виды: 1. Электромагнитные. 2. Индукционные. 3. Магнитоэлектрические. Классификация реле Реле классифицируются в зависимости от их функционального назначения и устройства. По функциональным признакам различают: реле времени, тока, напряжения, мощности, промежуточные, сигнальные и др. По признаку устройства реле делят на реле электромагнитные, электромеханические, магнитоуправляемые (герметизированные магнитоуправляемые контакты или герконы), электронные, элетронноэлектромагнитные или комбинированные. По признаку рода тока различают реле переменного и постоянного токов. Электромагнитные реле состоят из магнитной системы с катушкой, расположенной на ее неподвижной части, якоря, механически связанного с замыкающими или размыкающими контактами. При включении катушки на напряжение якорь притягивается и воздействует на контакты, заставляя их замыкаться или размыкаться. В электромеханических реле источником движения является небольшой исполнительный двигатель, связанный через редуктор с группами контактов. При включении двигателя редуктор приводит во вращение барабан с расположенными на них подвижными контактами, которые и обеспечивают по определенной программе замыкание или размыкание соответствующих контактов. Герконы (герметизированные магнитоуправляемые контакты) представляют собой, как правило, запаянные в герметизированный баллон контакты, которые могут замыкаться или размыкаться под воздействием внешнего магнитного поля. Электронные реле являются бесконтактными устройствами и представляют собой электронные схемы, в которых роль контактов выполняют полупроводниковые приборы: работающие в ключевом режиме транзисторы, тиристоры и др. Комбинированные реле — это совокупность электронной схемы управления и электромагнитного или электромеханического реле в качестве исполнительного элемента. Принцип действия и выполнения реле Для построения электромагнитных реле обычно используют электромеханические системы: 1) с втягивающимся якорем; 2) с поворотным якорем; 3) с поперечным движением якоря. Рассмотрим электромеханическую систему с поворотным якорем. 1. Магнитопровод. 2. Якорь, который поворачивается вокруг оси. 3. Неподвижная контактная система. 4. Подвижная контактная система. 5. Пружина. 6. Катушка 7. Основание якоря. При отсутствии тока в обмотке 6 якорь под действием пружины находится на некотором расстоянии от магнитопровода. Fпр – сила действия пружины. Имеется основание, которое не позволяет якорю удалится (7). При этом контакт реле разомкнут. При прохождении тока по обмотке реле магнитопровод становится электромагнитом и притягивает якорь. Сила притяжения якоря: где Wр – число витков обмотки реле; l – длина магнитных линий; K – коэффициент пропорциональности. На величину электромагнитной силы можно воздействовать путем изменения тока в обмотке реле, изменением числа витков обмотки, регулирование воздушного зазора. Реле сработает, если F эм >F пр Реле косвенного действия имеет контактную систему, которая состоит из неподвижной 3 и подвижной 4 частей. Подвижная часть связана с якорем реле. При повороте якоря контакты замыкаются. Минимальное значение тока Iр, при котором якорь притягивается к электромагниту, называется током действия реле Iд.р. Максимальный ток в обмотке реле, при котором оно переходит в начальное состояние называется током отпускания – I о.р. Отношение тока отпускания к току действия характеризуется коэффициентом отпускания. Срабатывание максимальных реле совпадает с действием и ток или напряжение действия соответственно называют током Iс.р. или напряжением Uс.р срабатывания реле. Ток и напряжение отпускания называют током Iв. р и напряжением Uв.р возврата реле, а коэффициент отпускания — коэффициентом возврата kв. Всегда kв. < 1. Для минимальных реле срабатывание совпадает с отпусканием. Напряжение срабатывания минимального реле равно напряжению отпускания, а напряжение возврата равно напряжению действия. Поэтому значение коэффициента возврата минимального реле напряжения равно обратному значению коэффициента возврата максимального реле и всегда больше единицы.

Когда говорят о реле, то чаще всего, имеют ввиду электромагнитное устройство (электромеханическое реле), которое предназначается для замыкания/размыкания механических электронных контактов на разных участках электроцепей. Данный прибор является, по сути, электромагнитом, способным управлять соединениями контактов при помощи подаваемого в обмотку электрического тока, оказывающего влияние на возникновение магнитного поля, которое, в свою очередь, способствует перемещению ферромагнитного якоря, связанного механическим путем с контактами. Работает все это таким же способом, как если бы замыкание (размыкание) происходило от механического нажатия кнопки, только в этом случае, усилие для выполнения действия берется от магнитного поля реле. Электронное реле имеет в своей конструкции те же самые основные элементы, что и электромеханическое устройство, но для выполнения поставленных задач, электронный механизм, использует полупроводниковый диод, который практически идеально справляется с функциями реле обратного тока. Это, также, единственные элементы импульсного электронного регулятора напряжения, которые способны выделять заметное количество тепла. Возможно, исходя лишь из одного определения, трудно понять для чего нужно реле, но все же мы сейчас постараемся объяснить все это более доступно. Данное устройство предназначается для мгновенного изменения параметров электрической цепи при поступлении больших токов нагрузки. Иными словами, оно является своеобразным переключателем, помогающим с помощью малого тока (к примеру, сигнал кнопки), включить цепи с большим током. Реле применяют в тех случаях, когда устройство-исполнитель (автомобильный генератор, стартер, вентилятор печки, обогревающее устройство зеркал, клаксон и т.д.) для своей работы потребляют большую силу тока (до 30-40 ампер). Ну например, для что бы завести двигатель с маленькой кнопки, нужно что бы сначала начал работать стартер, который использует от 80 до 300 ампер тока. Если представить, что реле в данной системе отсутствует, то кнопка, вместе с такой же не предназначенной для больших нагрузок проводкой, просто не выдержит силу поступившего напряжения и расплавится. Поэтому, приходится применять реле, выступающее между ними в качестве посредника, который исходя из импульса малого тока кнопки, замыкает внутри себя мощные контакты, включая тем самым стартер. 2. Виды электронных реле Все реле могут разделятся на группы в зависимости от разных классификационных признаков. Так, например, исходя из начального состояния контактов выделяют: - реле с нормально замкнутыми контактами; - с нормально разомкнутыми контактами; - с переключающейся системой контактов. По типу управляющего сигнала устройства разделяются на: - приборы постоянного тока (включают нейтральное реле: когда полярность управляющего сигнала не играет важной роли и регистрируется лишь факт его присутствия; - поляризованное реле: чувствительно к полярности управляющего сигнала, в следствии чего переключается при ее смене; - реле комбинированного вида: реагирует как на наличие сигнала, так и на его полярность) и устройства переменного тока. В зависимости от типа исполнения, к «переключателям» относят: - электромеханическое реле; - электромагнитное реле (имеет неподвижную обмотку электромагнита); - герконовое реле; - магнитоэлектрическое реле (обмотка электромагнита, включая и ее контакты, отличается подвижностью по отношению к сердечнику); - биметаллическое (термореле); - электродинамическое (включая индукционное и ферродинамическое реле); - статическое реле (ионное, ферромагнитное, полупроводниковое). Исходя из необходимой контролируемой величины, существуют реле тока, реле напряжения, реле мощности, реле контроля изоляции, реле пневматического давления. Довольно часто, термином «реле» могут, также, обозначаться самые разнообразные устройства, способные замыкать или размыкать контакты, при чем, активацию их работы может вызвать изменение и неэлектрической величины. К таким механизмам принадлежат устройства чувствительные к температурным показателям (тепловые реле), уровню освещенности (фотореле), к звуковому давлению (акустические реле) и некоторым другим рабочим характеристикам автомобиля. Кроме того, слово «реле» не редко применяется в названии различных таймеров: например, таймер указателя поворота автомобиля. На современных транспортных средствах, многие функции реле и выключателей «доверены» электронным блокам управления, однако, полностью отказаться от их использования пока невозможно. К примеру, блок управления бортовой сети должен выполнять следующие задачи: контролировать потребление энергии, контролировать напряжение на клеммах аккумулятора, а при необходимости еще и повышать частоту вращения коленвала на холостых оборотах; регулировать силу нагрузки за счет отключения некоторых потребителей (в основном, приборов входящих в состав системы комфорта); управление системой освещения, обогревателями заднего стекла, стеклоочистителями и т.д. 3. Как выполнить проверку электронного реле? Если электронное реле на протяжении долгого времени прибывало в непрерывной эксплуатации, особенно при коммутации силовых цепей в граничных режимах, то появляющаяся в ходе замыкания (размыкания) искра создает между контактами нагар, из-за чего есть высокая вероятность сбоя в работе исполнительных устройств. Плохой контакт начинает выделять на себе тепло, что, возможно, приведет к повышению потребления тока в силовых цепях (ток электромотора становиться импульсно-пусковым). В результате таких действий, места плохого контакта коммутируемых цепей разогреваются, а пластмассовые детали крепления и вовсе расплавляются. В ходе оплавления происходит смещение контактов, к которому прибавляется процесс искрения, еще сильнее разогревая поврежденное место. Естественно, все эти процессы Вы не увидите, а заметными они станут лишь когда какая-то деталь выйдет из строя. Поэтому, что бы избежать более серьезных последствий, многие автолюбители периодически проверяю состояние автомобильных реле. Конечно, Вы можете сделать это в специальных сервисных центрах, где дадут более основательную оценку работоспособности всех систем транспортного средства, но если нет желания тратится на оплату услуг его сотрудников, то провести диагностику электронных реле можно и самостоятельно. Сделать это, помогут несложные приспособления, которые станут замечательной находкой в проведении ремонтных работ на всех видах автомобилей. Чаще всего, причина неисправности кроется в самом устройстве реле, но бывают случаи, когда напряжение отсутствует на его выводах. Основным преимуществом применения диагностического приспособления есть возможность проверки работоспособности управляющих сигналов реле, которые находятся в труднодоступных местах. Но самое главное во всем этом процессе – самостоятельное изготовление прибора диагностики, подходящего под любой тип реле. Для этого потребуется найти вышедшее из строя реле, контактную проводку, небольшое количество проводов и клемм. Далее нужно разобрать подготовленное автомобильное реле, удалить из него катушку, после чего подпитать к контактам реле провода (можно зафиксировать место контакта клеем или герметиком) и с помощью заранее сделанного отверстия в корпусе вывести их наружу. Второй конец, при помощи соответствующих разъемов, фиксируется в контактной колодке. Теперь, использовав такое нехитрое устройство, можно очень легко проверить работоспособность реле не снимая его с автомобиля. Процедура проведения диагностического мероприятия следующая: берем только что изготовленный механизм и устанавливаем его на место тестируемого реле; последнее помещается в контактную колодку, после чего, с помощью тестера или контрольной лампы проверяется его работоспособность. Весь процесс проверки простых автомобильных реле не отличается особой сложностью и не займет много времени, так как все его выводы стандартны и имеют следующие обозначения: 30 - контакт подачи напряжения; 85 и 86 – контакты катушки; 87 – значение нормально-разомкнутого контакта; 87А – значение нормально-замкнутого контакта. Для проверки более сложных механизмов, смонтированных в корпусе стандартного реле, придется воспользоваться схемой автомобиля. 4. Как заменить электронный регулятор напряжения (реле) Регулятор напряжения (или как его еще называют реле-регулятора), предназначен для поддержания постоянного напряжения бортовой сети автомобиля, при чем, оно должно отличаться постоянством, вне зависимости от таких факторов как: сила нагрузки на электросеть; частота вращения ротора или температура окружающей среды. Кроме этого, реле-регулятор надежно защищает генератор от возможных перегрузок и различных аварийных режимов, а также выполняет автоматическое включение генераторной силовой цепи (или возбуждающей обмотки) в бортовую сеть транспортного средства. В большинстве случаев, на современных автомобилях устанавливаются бесконтактные (электронные) регуляторы напряжения. Их главной отличительной особенностью есть отсутствие необходимости регулировки в процессе эксплуатации. Вышедшее из строя реле уже не подлежит ремонту, а значит придя в негодность, регулятор напряжения не ремонтируется, а сразу меняется на новое устройство. Указанный процесс замены реле начинается с демонтажа вышедшего из строя механизма и предусматривает следующие шаги: в первую очередь, отключаем зажигание, затем выполняем отключение аккумулятора путем отсоединения от клеммы «минусового» провода. Не забудьте, что все действия нужно выполнять предельно аккуратно и внимательно, так как если, к примеру, перепутать места подсоединенных к штекерам проводов, то реле напряжения просто сломается и станет причиной резкого увеличения нагрузки на генератор. В некоторых случаях приходится иметь дело с регуляторами, установленными отдельно от генератора. Обычно, такой вариант встречается в более современных автомобилях и его снятие имеет некоторые особенности. Прежде чем преступить к демонтажу такого устройства, сначала придется открутить гайки, которыми прибор закреплен к кузову транспортного средства. Только после выполнения данной задачи появится возможность сдвинуть с места реле-регулятор.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Разработать электронное реле тока с параметрами заданными в таблице 1.1, рассчитать параметры элементов устройства, выполнить разводку печатной платы.

Таблица 1.1.

Исходные данные.