Тема 1.1. Элементы автоматики
Электромагнитное реле постоянного тока
1. Электромагнитное нейтральное реле
2. Поляризованное электромагнитное реле.
Электромагнитные реле, благодаря простому принципу действия и высокой надежности, получили самое широкое применение в системах автоматики и в схемах защиты электроустановок. Электромагнитные реле делятся на реле постоянного и переменного тока. Электромагнитные реле постоянного тока разделяются па нейтральные и поляризованные. В нейтральных реле независимо от направления тока в обмотке срабатывают одни и те же группы контактов. В поляризованных реле при одном направлении тока в обмотке срабатывает одна группа контактов, при другом направлении тока — другая группа контактов.
Электромагнитное нейтральное реле
Нейтральные реле одинаково реагируют на постоянный ток обоих направлений, протекающий по его обмотке, т.е. усилие на якоре не зависит от направления тока в обмотке реле. По характеру движения якоря электромагнитные нейтральные реле делятся на два типа: с угловым движением якоря (рис. 1) и с втяжным якорем.
Рис. 1. Электромагнитное нейтральное реле постоянного тока.
1- сердечник с катушкой; 2-основание (или ярмо); 3-якорь (или коромысло); 4-штифт; 5-система контактов.
При отсутствии управляющего сигнала якорь удален от сердечника на максимальное расстояние за счет возвратной пружины. При этом размыкающие контакты РК замкнуты, а замыкающие контакты ЗК - разомкнуты. При подаче тока в обмотку создается магнитный поток, который, проходя через сердечник, ярмо, якорь и воздушный зазор Фк(о) создает магнитное усилие, притягивающее якорь к сердечнику. При этом якорь, воздействуя на колодку, перемещает ее так, что контакты ЗК замыкаются, а контакты РК размыкаются.
Для малых токов в устройствах телемеханики, связи и сигнализации применяются маломощные контакты, представляющие собой плоские пружины из фосфоритной бронзы или нейзильбера с контактными наклепками из серебра и вольфрама, иногда из золота, палладия, платины и ее сплавов. Применяются точечные или плоско - цилиндрические наклепки.
Для средних токов (0,5-5А) применяются твердые и тугоплавкие металлы и их сплавы: вольфрам, платина - иридий, вольфрам - молибден, золото - палладий, вольфрам - платина - иридий.
Для больших токов применяются контакты из меди или из композиций (механических смесей), изготовленных спеканием порошков (металлокерамика). Для средних и больших токов контакты, используются контакты линейного и плоскостного типа.
Тяговая и механические характеристики реле
В процессе срабатывания реле изменяется длина воздушного зазора, а значит, изменяется электромагнитное усилие на якоре. Зависимость электромагнитного усилия от величины воздушного зазора F э = f(δ) между якорем и сердечником называется тяговой характеристикой реле.
Рис.2. Тяговая характеристика реле.
Если пренебречь магнитным сопротивлением стальных элементов магнитопровода, то тяговая характеристика должна иметь форму гиперболы, но магнитное сопротивление воздушного зазора Rм при малых значениях зазора уменьшается и становится сравнимым с..сопротивлением магнитопровода Rмст. Поэтому электромагнитное усилие Fэ не может иметь бесконечно большое значение, оно достигает некоторого Fэ.mах. При больших значениях зазора Rм >> Rмст электромагнитное усилие имеет значение Fэ.min. После отключения обмотки реле магнитопровод сохраняет некоторое намагничивание и при этом возможно залипание якоря, для исключения чего применяют немагнитный штифт.
Работа электромагнитного реле сводится к замыканию и размыканию контактных пружин, количество которых в разных реле колеблется в пределах 2-16 и более. Перемещению якоря по направлению к сердечнику в процессе притяжения противодействуют силы упругости возвратной пружины и контактных пружины. При разных положениях якоря эти силы различны, т.е. величина противодействующих сил зависит от величины воздушного зазора.
Зависимость механических (противодействующих) сил от величины зазора между якорем и сердечником называется механической характеристикой реле Fэ = f(δ). Рис. 3.
Рис.3. Механическая и тяговые характеристики реле
В процессе работы реле якорь сначала преодолевает натяжение возвратной пружины. Участок аb характеризует усилие, действующего на якорь, чтобы сдвинуть его из начального положения. Участок bс - это ход якоря до первой контактной пружины. На участке cd якорь преодолевает совместное сопротивление возвратной спирали и нижней контактной пружины и т. д.
Тяговая характеристика должна располагаться выше механической, оптимально, если они касаются в одной точке.
Если коммутируемая цепь достаточно мощная, то процесс размыкания протекает значительно сложнее, чем процесс первичной коммутации (возникающая ЭДС самоиндукции стремится сохранить значение тока коммутируемой цепи). Этот процесс может сопровождаться возникновением искрового или дугового разряда. Дуга сильно разрушает контакты. Для преодоления возникновения дугового режима необходимо использовать или увеличение активного сопротивления или специальные конструктивные методы: