Электромагнитные реле

Основными конструктивными элементами нейтрального реле постоянного тока (рис. 3.35) являются магнитопровод 1, якорь 2, катушка 3, противодействующая пружина 4 и контактная группа 5. В зависимости от характера движения якоря различают реле с поворотным якорем (рис. 3.35, а) и реле с втяжным якорем (рис. 3.35, б). Контакты реле делятся на две группы (рис. 3.35, в): замыкающими (РЗ) называются контакты, разомкнутые при отсутствии тока в обмотке и замыкающиеся при срабатывании реле; размыкающими (РР) называются контакты, замкнутые при отсутствии тока в обмотке и размыкающиеся при срабатывании реле.

а б в
Рис. 3.35. Основные конструктивные разновидности
нейтральных электромагнитных реле:

а – реле с поворотным якорем; б – реле с втяжным якорем;
в – электрическая схема реле:
1 – магнитопровод; 2 – якорь; 3 – катушка;
4 – противодействующая пружина; 5 – контакты электромагнитных реле

Одно реле может иметь несколько контактных пар, одни из которых являются нормально замкнутыми, а другие – нормально разомкнутыми. Так, реле, изображенное на рис. 3.35, а, имеет две контактные пары (подвижный контакт у обеих пар общий), одна из которых (верхняя) при срабатывании реле размыкается, а вторая – замыкается. Такое реле позволяет одновременно коммутировать две электрические цепи. Реле с развитой контактной системой, содержащей несколько десятков контактных пар, получили название кодовых реле. Коммутационные возможности кодовых реле весьма велики.

Входным сигналом (сигналом, подаваемым на обмотку реле) электромагнитных реле является напряжение U_вх постоянного тока. Контакты реле могут быть включены в цепь источника постоянного или переменного напряжения.

По величине мощности Р _1ср, потребляемой при срабатывании, электромагнитные реле можно разделить на высокочувствительные (P _1ср < 10 мВт), чувствительные (Р _1ср < 0, 1 Вт) и нормальные (P _1cp > 0, 1 Вт).

В зависимости от величины коммутируемой мощности различают: реле для коммутирования цепей малой мощности (до 50 Вт постоянного тока); реле для коммутирования цепей средней мощности (до 150 Вт постоянного тока); реле для коммутирования цепей повышенной мощности (более 150 Вт постоянного тока); контакторы (коммутируемая мощность более 500 Вт).

Нейтральные электромагнитные реле не реагируют на знак входного сигнала: их срабатывание происходит одинаково при любом направлении тока в обмотке. Между тем во многих устройствах необходимы реле, реагирующие на знак входного сигнала и замыкающие ту или другую группу контактов в зависимости от направления тока в обмотке реле. Такие реле называются поляризованными (рис. 3.36, 3.37).

Рис. 3.36. Поляризованные реле с дифференциальной магнитной системой	Рис. 3.37. Поляризованное реле с мостовой магнитной системой

Основные свойства поляризованных реле обусловливаются наличием вспомогательного источника энергии (постоянного магнита или электромагнита), поляризующего (подмагничивающего) магнитную систему реле. Результирующее усилие или момент, приводящие в движение якорь поляризованного реле, образуются в результате взаимодействия двух магнитных потоков: потока, создаваемого током, протекающим по обмотке реле, и поляризующего потока, создаваемого вспомогательным источником энергии. Изменение направления тока в обмотке при таких условиях вызывает изменение направления сил, действующих на якорь. Работа по перемещению якоря частично производится за счет энергии поляризующего источника, в результате чего чувствительность и быстродействие поляризованных реле значительно выше нейтральных. Мощность, необходимая для срабатывания некоторых типов поляризованных реле, составляет величину порядка 5 – 10 мВт, а время срабатывания может быть уменьшено до 0, 05 – 0, 3 м× с. Коэффициент усиления поляризованных реле по мощности k_у = 10 000 ¸ 100 000.

Недостатком поляризованных реле являются относительно большие габариты, непропорционально возрастающие при увеличении мощности выходного сигнала. Поэтому поляризованные реле обычно выполняются маломощными.

Электромагнитные реле переменного тока. По принципу работы и устройству электромагнитные реле переменного тока (рис. 3.38, а)аналогичны реле постоянного тока. Несмотря на переменный характер тока, направление электромагнитной силы, действующей на якорь, не меняется [ F _эº (iw)²], обеспечивая этим перемещение якоря и срабатывание реле. Если ферромагнитный сердечник (ФМС) реле не насыщен, то при синусоидальном напряжении ток в катушках реле тоже будет синусоидальным. При x _к = w L > > R _квеличина тока в
катушке I = U / Z» U / (w L).Так как индуктивность катушки
L» w²μ ₀ S / δ, то при R _мб > > R _м.ст

I = U d / (w w ²μ ₀ S). (3.13)

Из выражения (3.13) следует, что при Ф_S = 0 и R _м.ст = 0 ток I в катушке реле переменного тока линейно зависит от величины зазора δ между якорем и сердечником (прямая 1, рис. 3.38, б). Реальная зависимость (кривая 2, рис. 3.38, б)отличается от приближенной аналитической зависимости (3.13), так как при больших δ сказывается влияние магнитного потока рассеяния Ф_S, а при малых δ – магнитного сопротивления R _м.ст сердечника. При максимальном зазоре ток имеет наибольшее значение, так как мала индуктивность катушки. При перемещении якоря и уменьшении δ увеличивается L, что приводит к уменьшению I. Тяговая характеристика 3 реального электромагнитного реле переменного тока F _э(δ) приведена на рис. 3.14, б.

Особенностью реле переменного тока является возникновение пульсаций магнитного потока. При синусоидальном характере напряжения питания таких реле магнитный поток также синусоидален Φ = Ф_msinw t.

а б в

Рис. 3.38. Электромагнитное реле переменного тока (а)
и его характеристики (б, в)

Тяговая электромагнитная сила в соответствии с (3.14)

(3.14)

Следовательно, она изменяется от нуля до максимального значения, пульсируя с двойной частотой (кривая F _эм1, рис. 3.38, в). Пульсация тяговой силы вызывает вибрацию якоря и контактов. Для устранения вибрации якоря 2 и контактов 1 (рис. 3.38, а) обычно применяют короткозамкнутый виток 3 (рис. 3.38, а), устанавливаемый на расщепленном полюсе ферромагнитного сердечника 4, на конце которого переменный магнитный поток Φ катушки 5 разветвляется на Φ ₁ и Ф₂. Поток Ф₂ наводит в короткозамкнутом витке ЭДС и, следовательно, в нем возникает ток, который создает свой магнитный поток Ф_к, направленный навстречу потоку Ф₂, его вызвавшему. Поток Ф_к замедляет изменение основного магнитного потока Ф₂, проходящего через экранированную витком часть полюса. Поэтому в рабочем зазоре магнитопровода реле действуют магнитные потоки Φ _I и Ф_II соответственно в неэкранированной и экранированной, витком части полюса, смещенные по фазе на угол ψ:

Φ _Ι = Φ ₁ + Ф_к = Ф_m1sinw t; Ф_II = Ф₂ – Ф_к = Ф_mIIsin(w t – y). (3.15)

Таким образом, в рабочем зазоре будет действовать результирующая тяговая электромагнитная сила, создаваемая потоками Φ _I и Ф_II и в соответствии с (3.14) равная:

или

. (3.16)

Результирующее тяговое усилие F _эм1 + F _эм2 (рис. 3.38, в) по-прежнему имеет пульсирующий характер. Однако его мгновенные значения не снижаются до нуля. При этом выполняется условие, чтобы тяговое усилие во все моменты времени было больше противодействующих механических сил.

Электромагнитные реле переменного тока, несмотря на недостатки (сложность конструкции, дополнительные потери в магнитопроводе и др.), достаточно широко применяют в системах автоматики.

Реле с магнитоуправляемыми контактами. Наряду с электромагнитными реле с поворотным или втягивающимся якорем в системах релейной автоматики все большее применение находят безъякорные электромагнитные реле с магнитоуправляемыми контактами. Магнитоуправляемые контакты (МК), называемые также герконами (герметизированные контакты) (рис. 3.39, а – г).

а	б	в	г

Рис. 3.39. Реле с магнитоуправляемыми контактами

Промышленность выпускает разнообразные магнитоуправляемые контакты-герконы (КЭМ, МКВ, МК и др.), а также реле с МК на различные токи и напряжения с замыкающими, размыкающими и переключающими контактами (рис. 3.39, а – в).Внутри катушки может находиться один или несколько герконов (рис. 3.39, г). Управление МК можно осуществлять с помощью постоянных магнитов.

Реле на магнитоуправляемых контактах, выпускаемые промышленностью, предназначены для использования в схемах автоматики в качестве промежуточных реле, реле защиты и запоминающих элементов. Реле промежуточные РПГ и промежуточные миниатюрные РПГ-2 имеют большие функциональные возможности и повышенную надежность благодаря использованию замыкающих и размыкающих контактов на герконах КЭМ-1 и нескольких обмоток в катушке, взаимозаменяемости элементов в одном корпусе. Реле с магнитной памятью РМГ применяют в схемах автоматики и вычислительной техники в качестве элементов памяти.

Промышленность выпускает ряд типов поляризованных реле (РП-4, РП-5, РП-7 и др.) на различные напряжения и токи.