Электромеханические аппараты автоматики

К электромеханическим аппаратам автоматики относятся электромеханические реле, датчики и различные исполнительные устройства.

К электромеханическим реле относятся электромагнитные, магнитоэлектрические, индукционные, электротепловые, пьезоэлектрические, электро- и ферродинамические, магнитострикционные, вибрационные, электретные и др.

Особое место среди них занимают герконовые реле (реле с магнитоуправляемыми герметизированными контактами).

Для суждения о работе реле используется понятие характеристика управления. Она имеет релейный характер: скачкообразное увеличение выходной величины `У` при некотором значении входной электрической воздействующей величины ` X` (ток, напряжение, частота) и такое же скачкообразное уменьшение выходной величины, но уже при другом значении входной величины. При всех остальных значениях воздействующей входной величины выходная величина не меняется или изменяется незначительно.

Реле – это автоматический аппарат релейного действия, в основном предназначенный для коммутации цепей управления более мощных аппаратов, сигнализации, связи и пр., а также для суммирования и размножения сигналов. Характеристики управления реле приведены на рис. 8.1, а устройство реле показано на рис. 8.2.

а	б
в	г	д

Рис. 8.1. Примеры характеристик управления аппаратов

релейного действия:

а, б, в, д – электромеханических; г – статических электрических;

а, б, г, д – одностабильных; в – двустабильных; а, б, г – максимальных;

д – минимальных; а, г, д – работающих на замыкание; б - работающих на размыкание; параметр срабатывания; параметр возврата (отпускания); рабочий параметр; максимальное

и минимальное значение выходного параметра

В зависимости от выполняемой функции электромеханические реле подразделяются на логические и измерительные.

Электромеханическое логическое реле предназначено для срабатывания и отпускания (возврата в исходное состояние) при изменении входной воздействующей величины, ненормируемой по точности.

Рис. 8.2. Простейшее электромагнитное реле

с одним замыкающим узлом:

1 – обмотка; 2 – ярмо; 3 – изоляционная планка; 4, 11 – упоры;

5, 6 – контактные пружины; 7, 8 – контакт-детали; 9 – толкатель;

10– якорь; 12 – сердечник.

Входная воздействующая величина электромеханического логического реле – это электрическая величина, на которую реле реагирует, если она воздействует на реле при заданных условиях. Электромеханические логические реле подразделяются на промежуточные, указательные и реле времени.

Промежуточные реле предназначены для размножения и усиления поступающих к ним сигналов.

Указательные реле – для указания срабатывания и возврата других коммутационных аппаратов.

Реле времени – для создания выдержки времени.

Электромеханическое измерительное реле предназначено для срабатывания с определенной точностью при заданном значении или значениях характеристической величины.

Характеристическая величина электромеханического измерительного реле – это электрическая величина, нормируемая по точности и определяющая функциональный признак реле. Для её образования необходима одна или несколько входных воздействующих величин электрического измерительного реле.

Для пояснения разницы между логическими и измерительными реле сравним два реле, имеющих одну входную воздействующую величину – электрическое напряжение.

Логическое реле предназначено для срабатывания и возврата при дискретном изменении входной воздействующей величины от нуля до логической единицы. Это означает – напряжение подано или не подано на вход реле.

В отличие от логического реле, на измерительное реле напряжение подается постоянно, т.е. входная величина измеряется постоянно. Напряжение для него не только входная величина, но и характеристическая величина.

Максимальное электромеханическое реле – это измерительное электрическое реле, срабатывающее при значениях характеристической величины, больших заданного значения.

Минимальное электромеханическое реле – это измерительное реле, срабатывающее при значениях характеристической величины, меньших заданного значения.

Измерительные реле бывают следующих видов:

· со шкалой уставок;

· без шкалы, но с возможностью изменения уставки;

· с фиксированной настройкой.

На вход измерительного реле (в отличие от логического) одновременно могут подаваться несколько входных воздействующих величин.

Срабатывание электромеханического реле – это выполнение реле функции, для которой оно предназначено.

Возврат электрического реле – переход в исходное состояние из состояния, в котором оно находилось после срабатывания.

Значение параметра срабатывания (возврата) электромеханического реле определяется значением входной воздействующей или характеристической величины, при которой реле соответственно срабатывает или возвращается при заданных условиях (см. рис. 8.1).

Отношение значения параметра возврата к значению параметра срабатывания называется коэффициентом возврата .

Для максимальных реле (см. рис. 8.1, а, б, г); для минимальных (см. рис. 8.1, д). Чем ближе к единице значение коэффициента возврата, тем в более узких пределах реле будет осуществлять контроль входного параметра.

Для надежного срабатывания логического реле рабочее значение входной воздействующей величины выбирается с некоторым запасом (см. рис. 8.1, а).

Коэффициент запаса по входной воздействующей величине определяется отношением

В зависимости от того, возвращается ли реле, изменившее своё состояние под воздействием входной воздействующей или характеристической величины в прежнее состояние после устранения этого воздействия, реле подразделяются на одностабильные (см. рис. 8.1, а, б, г, д) и двустабильные (см. рис. 8.1, в). Одностабильные реле возвращаются, а для возврата двустабильных реле необходимо приложить другое воздействие.

Существуют реле с нормируемым и ненормируемым временем.

Заданное значение выдержки времени, при котором реле с нормируемым временем должно срабатывать при определенных условиях, называется уставкойвыдержки времени.

Промежуточные и указательные логические реле имеют ненормируемое время, а реле времени – нормируемое.

Измерительное реле с нормируемым временем может быть: с независимой выдержкой времени, с зависимой выдержкой времени и с ограниченно зависимой выдержкой времени.

На рис. 8.3 приведены характеристики зависимости времени срабатывания от тока в максимальном реле тока.

Рис. 8.3. Характеристика зависимости :

а – независимая; б – зависимая; в – ограниченно зависимая;

г – зависимая, с отсечкой выдержки времени

По роду управляющего тока реле подразделяют на реле постоянного и переменного токов. У некоторых электромагнитных реле изменение рода тока управления требует только замены катушки и изредка других деталей. Такие реле называются универсальными.

Электрические реле постоянного тока, функционирование которых зависит от полярности их воздействующей величины, называются поляризованными.

Различают два режима работы реле: режим нормальных коммутаций, когда контакт коммутирует цепь многократно; режим предельных (редких) коммутаций, когда контакт коммутирует цепь несколько раз.

К условиям коммутации относятся:

· продолжительность включения;

· частота коммутаций и параметры коммутируемой цепи: род тока, частота переменного тока, напряжение источника;

· ток цепи до размыкания;

· соотношение замыкаемого и размыкаемого токов;

· характер коммутируемой цепи.

На постоянном токе коммутируемую цепь определяют постоянной времени электрической цепи где - индуктивность; активное сопротивление цепи нагрузки.

На переменном токе коммутируемую цепь характеризуют сдвигом фаз между током цепи и напряжением источника , собственной частотой и коэффициентом превышения амплитуды восстанавливающего напряжения

К наиболее часто указываемым в технической документации коммутационным характеристикам относятся:

· коммутационная износостойкость – количество циклов включения или отключения, гарантированное изготовителем при работе реле в режиме нормальных коммутаций при заданных условиях (напряжение, постоянная времени, cosφ и т.д.);

· коммутационная способность циклического действия – наибольшее значение тока, которое контактное реле может последовательно замыкать и размыкать в режиме редких коммутаций при заданных условиях (напряжение, число циклов, постоянная времени, cosφ и т.д.);

· предельная отключающая способность – наибольшее значение тока, которое контактное реле способно размыкать в заданных условиях.

К характеристикам контактов реле также относятся:

· предельный длительный ток цепи контакта – наибольшее значение тока, которое предварительно замкнутая цепь контакта способна выдержать длительно в заданных условиях;

· предельно длительный ток цепи контакта – наибольшее значение тока, которое предварительно замкнутая цепь контакта способна выдержать в заданных условиях в течение заданного короткого промежутка времени;

· сопротивление;

· электрическая прочность межконтактного промежутка;

· отказ (различают временный отказ – сбой, самоустраняющийся при последующей коммутации, и постоянный отказ, не устраняющийся сам по себе).

При разработке электромеханических реле проводится согласование их тяговых и механических характеристик.

Тяговая характеристика электромагнитного реле – это, например, зависимость электромагнитной силы или электромагнитного момента , действующей (действующего) на якорь и приведенной (приведенного) к рабочему зазору , от значения этого зазора (от угла поворота якоря).

Тяговая характеристика ( или ) при медленном перемещении якоря, если можно пренебречь изменением тока в обмотке, называется статической, а при быстром – динамической.

Под механической характеристикой ( или ) электромагнитного реле обычно понимают зависимость суммарной силы (момента), действующей (действующего) на якорь и приведенной (приведенного) к рабочему зазору, от значения этого зазора (от угла поворота якоря).

Механическая характеристика при медленном перемещении, когда можно пренебречь силами инерции движущихся масс, называется статической механической характеристикой.

Для нормальной работы реле его динамические тяговые и механические характеристики при срабатывании и возврате должны быть согласованы.

На рис. 8.4 статическая характеристика 1 при МДС обмотки соответствующей срабатыванию реле, проходит выше, а статическая тяговая характеристика 2 при МДС обмотки соответствующей возврату реле, ниже, чем статическая характеристика 3 при всех зазорах (от до ).

Зазор соответствует замыканию контактов, а - отходу верхней пружины контакта от упора.

Рис. 8.4. Согласование динамических (1), тяговых (2)

и статических (3) характеристик реле