Элементы магнитных систем реле.

РЕЛЕ И ПРИБОРЫРЕЛЕЙНОГО ДЕЙСТВИЯ

Принцип действия реле и их классификация

Наиболее распространенными элементами систем железнодорож­ной автоматики и телемеханики являются реле и приборы релей­ного действия, при помощи которых осуществляются процессы автоматического управления, регулирования и контроля движения поездов.

Основным отличием реле и приборов релейного действия от дру­гих элементов автоматики и телемеханики является скачкообраз­ное изменение выходной величины у при плавном изменении вход­ной величины х (рис. 3.1). При изменении входной величины от нуля до х_ср выходная величина у остается постоянной и равной нулю (или близкой к нулю). После достижения входной величиной значения х_ср (срабатывания) скачкообразно изменяется выходная величина от нуля до у₁. При дальнейшем изменении входной вели­чины выходная величина не изменяется и остается равной у₁. При уменьшении входной величины до х_о (отпускания) выходная вели­чина скачкообразно уменьшается до нуля и остается неизменной.

Рис. 3.1. Характеристика реле

В устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики, как правило, применяют реле и приборы релейного действия, в которых входными и выходными являются электрические величины (ток и на­пряжение). Если скачкообразное изменение тока в выходной цепи достигается физическим размыканием цепи, то такой элемент назы­вают контактным реле, или просто реле. Если скачкообразное изменение тока в выходной цепи обусловливается изменением внут­реннего состояния элемента (внутреннего сопротивления, проводи­мости, индуктивности и т. п.) без физического размыкания цепи, то такой элемент называют прибором релейного действия, или бесконтактным реле.

 

Рис. 3.2. Схема электромагнитного реле

 

Основной частью реле (рис. 3.2) является электромагнит — наиболее простой преобразователь электрического сигнала в меха­ническое перемещение. Электромагнит состоит из обмотки 1 с сер­дечником 2, ярма 3 и подвижной части 4, называемой якорем. Якорь воздействует на исполнительный орган — контакты 5.

При прохожде­нии тока по обмотке возникает магнитный поток; магнитные силовые линии замыкаются через воздушный зазор, пронизывают якорь, который под действием электромагнитных сил притягивает­ся, замыкая контакты. Это явление называется срабатыванием (возбуждением) реле. При выключении тока якорь под действием силы тяжести (собственного веса) или сил реакции контактных пружин возвращается в исходное состояние, размыкая контакты. Это явление называется отпусканием (обесточиванием) реле.

Для условного обозначения состояний элементов автоматики и телемеханики, в том числе и реле, применяют двоичную систему счисления: возбужденное состояние реле обозначают символом 1, обесточенное — символом 0.

Контактные реле.

До­стоинства: Контактные реле получили наибольшее распространение в экс­плуатируемых устройствах железнодорожной автоматики и теле­механики благодаря их простоте и надежности работы. К их до­стоинствам следует отнести:

· возможность одновременного независимого переключения нескольких выходных цепей постоянного и пере­менного тока, что обусловлено наличием раздельных групп контак­тов у этих элементов. При этом выходные цепи оказываются гальванически не связанными одна с другой и с входной цепью.

· малые потери мощности в контактном переходе,

· практически бесконечное отношение сопротив­лений контакта в разомкнутом и замкнутом состояниях,

· независи­мость от воздействия электрических и магнитных полей, высокая электрическая прочность

Недостатки: контактные реле имеют относительно большие размеры и массу, небольшой срок службы, особенно при работе в импульсном режиме, недостаточное быстродействие, обусловленное наличием механических перемещений при работе реле.

Бесконтактные приборы Указанные недостатки в основном могут быть устранены применением бесконтактных реле, у которых отсутствуют подвижные трущиеся элементы. В связи с бурным развитием электроники бесконтактные приборы получают все более широкое внедрение. Бесконтактные приборы обладают большим быстродействием, имеют малые размеры и массу, менее подвержены воздействию вибрации, наблюдающейся при проследовании подвижного состава.

Вместе с тем бесконтактные приборы релейного действия имеют и существенные недостатки, которые связаны с трудностью построения бесконтактных элементов, отвечающих одному из основных требова­ний к устройствам СЦБ — исключению опасных положений при по­вреждении отдельных элементов схем. При использовании бескон­тактных реле возникает трудность одновременного коммутирования нескольких выходных цепей, гальванически не связанных друг с дру­гом. Указанные недостатки ограничивают область применения бес­контактных реле в устройствах железнодорожной автоматики и те­лемеханики, поэтому в ответственных исполнительных цепях, а также при необходимости коммутации нескольких гальванически не связан­ных выходных цепей сохраняются, как правило, контактные реле, ко­торые непрерывно совершенствуются.

В перспективе наиболее приемлемым следует признать оптималь­ное сочетание контактных и бесконтактных приборов.

Классификация и основ­ные характеристики контактных реле.

 

По надежности действия реле подразделяются на I и низшие клас­сы надежности.

К реле I класса надежности относятся реле, у которых возврат якоря при выключении тока в обмотках обеспечивается с максималь­ной гарантией и осуществляется под действием собственного веса (силы тяжести). Реле I класса надежности имеют также следующие дополнительные свойства, обеспечивающие высокую надежность их действия:

· несвариваемость фронтовых контактов, замыкающих наиболее ответственные цепи при возбужденном состоянии реле; для этого фронтовые контакты изготовляют из графита с примесью серебра, а остальные контакты — из серебра;

· надежное контактное нажатие и сравнительно большие меж­контактные расстояния (нажатие на фронтовые контакты не ме­нее 0,3 Н, на тыловые — не менее 0,15 Н), зазор между контактами при крайних положениях якоря должен быть не менее 1,3 мм;

· исключение залипания якоря при выключении тока в обмотке реле, что обеспечивается наличием антимагнитных штифтов на якоре.

Реле I класса надежности применяют во всех системах автоматики и телемеханики без дополнительного схемного контроля отпускания якоря.

У реле низших классов надежности возврат якоря при выключе­нии тока в обмотках реле может обеспечиваться как под действием собственного веса, так и под действием сил реакции контактных пру­жин. Эти реле, как правило, используют в схемах, не связанных непо­средственно с обеспечением безопасности движения поездов При использовании этих реле в ответственных цепях (дешифраторы автоблокировки и АЛС, путевые реле импульсных рельсо­вых цепей и др.) предусматривают обязательный схемный контроль притяжения и отпускания якоря реле при непрерывной импульсной работе. Если же эти реле работают в ответственных цепях с непрерыв­ным питанием, то применяют их дублирование (параллельное или последовательное включение обмоток реле и последовательное вклю­чение контактов).

 

По принципу действия реле подразделяют на следующие типы:

электромагнитные, в основу действия которых положено свойство электромагнита притягивать якорь и переключать связанные с ним контакты при протекании по обмотке тока. Электромагнитные реле получили наиболее широкое распространение в железнодорожной и промышленной автоматике и телемеханике;

индукционные (двухэлементные), работающие от взаимодей­ствия переменного магнитного потока одного элемента и тока, инду­цируемого в легком подвижном секторе переменным магнитным пото­ком другого элемента. Индукционные реле работают только от пере­менного тока;

электротермические, основанные на явлении расширения тел при нагревании; чаще всего в электротермических реле применяют биметаллические пластины, изгибающиеся при нагревании, и замыка­ющие контакты, связанные с биметаллическими пластинами.

 

По роду питающего тока реле подразделяются на реле постоянно­го, переменного и постоянно-переменного тока.

Реле постоянного тока подразделяются на нейтральные, поляризованные и комбинированные.

 

В зависимости от времени срабатывания реле делятся на быстродействующие — с временем срабатывания на притя­жение и отпускание до 0,03 с; нормальнодействующие — с временем срабатывания до 0,3 с; медленнодействующие — с временем срабатывания до 1,5 с; временные (реле выдержки вре­мени) — с временем срабатывания свыше 1,5 с.

 

Реле имеет два состояния — рабочее (возбужденное) и нерабочее (обесточенное). В рабочем состоянии реле возбуждено током, якорь его притянут, верхние, нормально разомкнутые (фронтовые) контак­ты замкнуты. В нерабочем положении через обмотку реле ток не про­текает (или он ниже тока отпускания), якорь находится в отпущен­ном положении, при этом замыкаются нижние, нормально замкнутые (тыловые), контакты.

Напряжение и ток, при которых якорь притягивается до упора и замыкаются фронтовые контакты, называют напряжением и током срабатывания, а напряжение и ток, при котором проис­ходит отпускание якоря,– напряжением (током) отпус­кания. Номинальное рабочее напряжение всегда несколько выше напряжения срабатывания (обычно в 1,5 раза).

Отношение напряжения (тока) отпускания U_o к напряжению (то­ку) срабатывания U_cp характеризует коэффициент возврата реле

или .

Для большинства реле, используемых в устройствах СЦБ, коэффи­циент возврата находится в пределах от 0,25 до 0,5.

В устройствах автоблокировки реле рассчитаны на номинальное рабочее напряжение 12 В, а в стан­ционных устройствах, как правило, — на 24 В.

 

На железных дорогах применяют реле трех видов: малогабарит­ные штепсельные реле (НМШ, АНШ, ОМШ, АШ), предшествующие им большие штепсельные реле (НШ, КШ) и наиболее ранние не­штепсельные реле, соединение контактов которых с внешними монтажными проводами осуществляется болтовыми соединениями (HP, KP и др.).

При проектировании и новом строительстве устройств предусмат­ривают использование малогабаритных штепсельных реле, которые изготовляются двух типов: в защитном кожухе (колпаке) для установки в релейных шкафах и на стативах, и открытые (без кожуха) для установки в релейных блоках электрической централи­зации.

 

Применяемые в устройствах железнодорожной автоматики и теле­механики реле имеют специальную маркировку (условное наименова­ние), состоящую из букв и цифр, занимающих определенное место в обозначении.

Первая буква или сочетание двух первых букв в обо­значении указывают на физический принцип действия реле: Н — ней­тральное, П — поляризованное, К — комбинированное, СК — само­удерживающее комбинированное, И — импульсное, ДС — индукци­онное переменного тока (двухэлементное секторное).

Буква М, стоя­щая на втором месте в условном обозначении штепсельных реле, ука­зывает на малогабаритное исполнение реле в отличие от ранее вы­пускавшихся больших штепсельных реле, в которых буква М отсут­ствует. Буква М отсутствует также у малогабаритных реле автобло­кировки, у которых буква А означает, что это реле автоблокировки малогабаритное.

У пусковых реле в условном наименовании имеется буква П, а у реле с выпрямителями — буква В.

Конструкция реле, которая характеризуется в основном видом электрического контактного соединения с другими приборами, обо­значается буквой Ш (штепсельное) или Р (реле с разборным бол­товым соединением).

Условные буквенные обозначения некоторых типов реле расшиф­ровываются следующим образом: НМШ — нейтральное малогаба­ритное штепсельное; НМПШ — нейтральное малогабаритное пуско­вое штепсельное; ИМВШ — импульсное малогабаритное штеп­сельное с выпрямителем; НШ — нейтральное штепсельное (боль­шое); НПР—нейтральное пусковое с болтовым соединением (не­штепсельное); ДСШ—двухэлементное секторное штепсельное.

У медленнодействующих на отпускание реле в обозначении имеет­ся дополнительная буква М, а у реле с замедлением на срабатывание, достигаемым с помощью термоэлемента, — буква Т, например НМШМ — нейтральное малогабаритное штепсельное медленнодей­ствующее; НМШТ — нейтральное малогабаритное штепсельное с термоэлементом; НРТ — нейтральное с болтовым соединением и тер­моэлементом.

 

Цифра после указанных букв характеризует контактную систему реле. У штепсельных реле цифра 1 указывает на наличие восьми кон­тактных групп на переключение 8 фт (ф — фронтовой, т — тыловой контакты); цифра 2 обозначает четырехконтактные реле (4 фт); цифра 3 указывает на наличие у реле двух контактных групп на пере­ключение и двух фронтовых контактов (2 фт, 2 ф); цифра 4 обознача­ет четыре полных тройника и четыре фронтовые контакта (4 фт, 4 ф); цифра 5 указывает на наличие двух тройников на переключение и двух тыловых контактов (2 фт, 2 т).

У реле типа HP цифра 1 указывает на наличие шести групп кон­тактов, цифра 2 и цифра 3 — на наличие двух групп контактов. У некоторых типов реле (ДСШ, ИМШ и др.) цифры, характеризую­щие контактную систему, не ставят.

Второе число, которое пишется через черточку, указывает на значение общего сопротивления обмо­ток постоянному току при последовательном включении обмотки (НМШ 1-1800, АНШ2-1600, НР2-2000).

Если обмотки включают раздельно или они имеют различное со­противление, то его значение указывают дробью: в числителе указывают сопротивление первой катушки (расположенной ближе к основанию у штепсельных реле и левой — у реле типа HP), а в зна­менателе — второй.

 

Полные номенклатуры некоторых типов реле расшифровываются так:

НМШ 1-1800 — нейтральное малогабаритное штепсельное реле с восемью контактными группами и общим сопротивлением обмоток, включенных последовательно, 1800 Ом;

НМПШ2-400 — нейтральное малогабаритное пусковое штепсельное реле с четырьмя контактными группами на переключение и сопротивлением обмоток 400 Ом;

НМПШ3-0,2/220 — нейтральное малогабаритное пусковое штепсель­ное реле с контактной системой 2 фт, 2 ф и сопротивлением обмоток 0,2 и 220 Ом;

НРВ1-250 — нейтральное с выпрямителем и болтовым соединением контактов, шестиконтактное, сопротивление обмоток по­стоянному току — 250 Ом.

 

Рассмотренная выше система обозначений выдерживается не для всех типов реле. Например, у огневых и аварийных реле первая буква указывает на назначение реле: ОМШ-40 — огневое малогабаритное штепсельное четырехконтактное с сопротивлением обмоток 40 Ом; АШ2-110/220 — аварийное штепсельное четырехконтактное на номи­нальное напряжение 110 и 220 В.

У нейтрального реле типа РЭЛ бук­вы в обозначении указывают: реле электромагнитное разработки Ле­нинградского электромеханического завода.

 

Реле в защитном кожухе изготовляют для работы при температу­ре окружающей среды от -50 до +60 °С и относительной влаж­ности до 90 % (при температуре +20 °С), а открытые реле, предназ­наченные для установки в релейных блоках, — при температуре окру­жающей среды от +5 до +35 °С и относительной влажности до 80% (при температуре +20°С).

 

Условные графические обозначения реле в электрических схе­мах

приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

 

Вопросы для самоконтроля: Принцип действия реле и их классификация

 

1) Поясните принцип действия прибора релейного действия (рис. 3.1).

2) Объясните работу электромагнитного реле (рис. 3.2).

3) Достоинства и недостатки контактных реле.

4) Перечислите свойства, которыми должно обладать реле I класса надежности.

5) Классификация реле по принципу действия.

6) Классификация реле по времени срабатывания.

7) Что понимают под величиной коэффициент возврата реле.

8) Какая информация содержится в маркировке реле.

9) Что означают первые буквы маркировки (Н, К, СК, П, ДС, А, И).

10) О чем говорит наличие буквы «В» в маркировке.

11) О чем говорит наличие буквы «М» в маркировке.

12) Какую информацию несет цифровая маркировка.

13) Обозначение обмоток реле в электрических схемах.

Элементы магнитных систем реле.

Магнитная система реле должна обеспечивать его срабатывание при малой потребляемой мощности и небольших размерах.

Якорь. При выключении тока должно обеспечиваться надежное отпускание якоря, поэтому для изготовления магнитных систем реле (сердечников, ярма и якоря) применяют магнитомягкие материалы: электротехнические стали и сплавы на основе железа с другими ме­талами: никелевые сплавы, кобальтовые сплавы и др.

Электротехнические стали являются наиболее дешевыми магнит­ными элементами, поэтому их широко применяют при изготовлении магнитных реле.

Эти материалы:

· обеспечивают большой магнитный поток при малой напряженности поля, создаваемый катушкой;

· малой потерей энергии на перемагничивание;

· хорошей износоустой­чивостью с целью сохранения магнитных свойств.

В магнитных элементах реле систем железнодорожной автомати­ки, обеспечивающих безопасность движения поездов, особенно неже­лательным является наличие остаточной индукции (намагничива­ния), так как это ухудшает стабильность параметров реле, снижает коэффициент возврата, увеличивает время отпускания якоря и, что особенно опасно, может привести к залипанию его.

Для исключения залипания якоря на нем устанавливают упорный штифт из немагнит­ного материала (обычно бронзы), гарантирующий минимальный воз­душный зазор между якорем и сердечником.

Магнитные элементы реле переменного тока изготовляют из от­дельных пластин электротехнических сталей толщиной 0,35—0,50 мм с повышенным содержанием кремния для снижения потерь на вихревые токи.

Постоянные магниты поляризованных и комбинированных реле изготовляют из магнитотвердых материалов, обладающих высокой остаточной индукцией. Постоянные магниты обычно делают из сплавов железа с вольфрамом, хромом, кобальтом или никелем. Одним из лучших магнитных сплавов является альникосплав, содержащий алюминий, никель и кобальт.

Работа реле (притяжения, отпускания якоря и переключения контактов) во многом определяется тяговой и механической (на­грузочной) характеристиками реле.

Тяговой характеристикой называют зависимость элек­тромагнитного усилия от воздушного зазора между якорем и сердеч­ником. Это усилие при уменьшении воздушного зазора и неизмен­ных намагничивающих силах непрерывно возрастает. При увеличении намагничивающих сил катушки электромагнитное усилие Fэ возрастает.

Механической характеристикой называют зависи­мость противодействующего усилия от размера зазора между якорем и сердечником. Механическая характеристика реле может быть полу­чена измерением усилия Fм на якоре в различных его положениях (обмотка реле при измерениях должна быть выключена). Механи­ческая характеристика реле зависит от типа и конструкции реле, так как механические усилия различных реле отличаются.

Срабатывание реле будет обеспечено лишь в том случае, если тя­говая характеристика находится выше механической. Естественно, что реле отпустит якорь в том случае, если тяговая характеристика при намагничивающих силах отпускания будет ниже механической характеристики.

Вопросы для самоконтроля по пункту: Элементы магнитных систем

1) Применение магнито-мягких материалов для изготовления реле.

2) Применение магнито-твердых материалов для изготовления реле.

3) Что называют тяговой характеристикой (рис. 3.3).

4) Что называют механической характеристикой (рис. 3.3).

Контактная система реле

Наиболее ответственными элементами, определяющими надеж­ность действия и срок службы, являются контакты, которые пе­реключают электрические цепи.

Особенно высокие требования предъ­являют к контактам реле, работающим в импульсном режиме: трансмиттерные и импульсные реле кодовой автоблокировки производят около 50 млн. переключений в год.

От надежности работы реле зависит действие автоблокировки, бесперебойность и без­опасность движения поездов, поэтому контакты реле должны удовлетворять ряду технических требований, чтобы обеспе­чивать надежное переключение электрических цепей.

Основными параметрами контактов являются:

· переходное сопро­тивление,

· контактное нажатие,

· коммутируемая мощность (напря­жение, ток)

· температура нагрева.

 

Переходное сопротивление должно быть небольшим, поэтому контакты в большинстве случаев изготов­ляют из металлов, обладающих высокой электрической проводи­мостью (серебро, платина, золото, красная медь, а также некоторые сплавы и металлокерамические композиции).

Наилучшими свойства­ми обладает серебро: переходное сопротивление контактов из серебра сохраняется низким (не более 0,03 Ом) даже после окисления, по­скольку проводимость окиси серебра равна проводимости чистого серебра.

Контакты большей части реле железнодорожной автоматики и телемеханики, за исключением фронтовых контактов реле I класса надежности, изготовляют из серебра. Так как фронтовые контакты реле I класса надежности замыкают ответственные цепи, то должна исключаться возможность сваривания этих контактов, поэтому для изготовления фронтовых контактов применяют графит с серебряным наполнителем (графито-серебряная композиция), а общие и тыловые контакты делают серебряными. Переходное сопротивление контактов графит-серебро составляет не более 0,25 Ом. Графито-серебряные контакты необходимо проверять на равно­мерное вкрапление серебра. При скоплении серебра на поверхности не исключается возможность сваривания контактов.

Для изготовления усиленных контактов реле (трансмиттерных, аварийных, пусковых) применяют металлокерамические сплавы, в частности металлокерамический сплав марки СрКд86-14, содержа­щий 86% серебра и 14% кадмия. Переходное сопротивление таких контактов по техническим условиям должно быть не более 0,15 Ом.

Контакты в виде наклепок укрепляют на упругих пружинах. При срабатывании якорь реле перемещает подвижную пружину (об­щий контакт) до соприкосновения с неподвижной (фронтовой кон­такт). Поверхности соприкосновения (контакты) прижимаются друг к другу с определенным усилием, называемым контактным нажатием. Чтобы обеспечить длительную надежную работу кон­тактных пружин, они не должны иметь остаточных деформаций. С целью обеспечения надежности замыкания цепи некоторые кон­тактные пружины на концах разрезают, образуя два или три лепест­ка, на каждый из которых помещают контактирующий материал.

 

Для обеспечения надежного размыкания цепи между поверхно­стями контактов в разомкнутом состоянии делают зазор 1—5 мм. Для большинства реле железнодорожной автоматики и телемехани­ки он равен 1,3 мм.

Надежная работа контактов обеспечивается созданием соответ­ствующего контактного нажатия. Контактное нажатие фронтовых контактов для большей части реле должно быть не менее 0,3 Н, тыловых—0,15 Н. Для некоторых специальных типов реле преду­сматривают другие значения контактного нажатия.

Коммутируемая мощность (напря­жение, ток). Контактная система реле, как правило, рассчитана на переключе­ние электрических цепей постоянного тока при нагрузке 2 А напря­жением 24 В и переменного тока при нагрузке 0,5 А напряжением 220 В.

В ряде случаев требуется переключение более мощных цепей (рельсовые цепи, пусковые цепи стрелочных электроприводов, пере­ключение цепей питания).

Неблагоприятным режимом работы кон­тактов является переключение (разрыв) цепи постоянного тока, в особенности при индуктивной нагрузке, так как при этом создаются условия для возникновения и поддержания дуги. В цепях перемен­ного тока дуга гаснет при прохождении мгновенного значения тока через нуль, поэтому при прочих равных условиях те же контакты в це­пях переменного тока могут коммутировать в два-три раза большую мощность.

Усиленные контакты изготовляют из металлокерамических спла­вов, между контактами предусматривают увеличенное расстояние, а также обеспечивают большее контактное нажатие.

Контакты аварий­ных реле рассчитаны на переключение электрических цепей перемен­ного тока напряжением 220 В при токе до 15 А. Контакты некоторых пусковых реле, предназначенные для коммутирования больших токов, имеют магниты дугогашения (магнитное дутье), при этом используют принцип возникновения силы, действующей на проводник с током (дуга), расположенный в магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом.

 

В соответствии с действующими техническими условиями на реле железнодорожной автоматики и телемеханики темпера­тура нагрева контактов допускается не более 100 °С по отно­шению к температуре окружающей среды. Повышение температуры контактов сверх допустимых норм приводит к увеличению со­противления контактного перехода, что в свою очередь вызывает дальнейший нагрев контактов. Таким образом, процесс может стать необратимым и приведет к разрушению контактов.

В момент размыкания цепи, содержащей индуктивность, поверх­ность соприкосновения контактов резко уменьшается, что приводит к быстрому возрастанию сопротивления и материал в точках соприкосновения плавится, между расходящимися контактами появляется жидкий мостик, кото­рый разрывается при дальнейшем увеличении расстояния между контактами. После этого происходит газовый разряд, сопровождае­мый появлением искры. В мощных цепях может возникнуть дуга. Искрение вызывает эрозию контактов, которая связана с плавлением, распылением и переносом материала с контакта на контакт. Это при­водит к изменению формы контактов, их быстрому износу и возмож­ности сваривания. Кроме того, при искрении и дугообразовании про­исходит окисление контактов при высоких температурах, это приво­дит к образованию непроводящих пленок и к временному или устой­чивому нарушению контакта.

Степень эрозии контактов зависит от тока и напряжения ком­мутируемой цепи, индуктивности и емкости цепи, материала контак­тов, состояния их поверхности, вибрации, условий окружающей сре­ды и ряда других факторов: чем ниже твердость и температура плавления металла, тем при меньших значениях напряжения и тока начинается искрообра­зование. Для большинства реле при токе переключения 0,5—1 А на­пряжение, при котором создаются условия возникновения искры, сос­тавляют около 300 В. В цепях с индуктивной нагрузкой возможно сильное искрение контактов, вызываемое э.д.с. самоиндукции, стре­мящейся сохранить ток такого же значения, который протекал по це­пи до момента ее размыкания. При этом напряжение, возникающее при размыкании контакта, может в десятки и даже сотни раз превы­шать напряжение источника питания, и хотя его действие весьма кратковременно, оно вызывает искровой разряд между размыкаемы­ми контактами.

При использовании в схемах совместно с реле полупроводниковых приборов под действием импульсов перенапряжения может нару­шиться нормальное действие бесконтактных схем или произойти их повреждение (пробой).

Для уменьшения искры и увеличения срока службы контактов применяют специальные меры: искрогасящие схемы, особые кон­струкции контактов из тугоплавких металлов и сплавов, магниты дугогашения и др.

Наиболее широкое распространение получили искро­гасящие схемы, содержащие резисторы и конденсаторы, подключае­мые параллельно контакту или нагрузке (обмотке реле). Искрогасящий элемент выбирают с таким расчетом, чтобы напряжение на кон­тактах при размыкании не превышало напряжения зажигания искро­вого разряда Uз 300 В.

На схеме (рис. 3.4, а) контакт K шунтируется резистором r. В этой схеме ток, обусловленный э.д.с. самоиндукции, замыкается через ре­зистор r. Так как в первый момент после размыкания контакта K ток за счет э. д. с. самоиндукции равен , то максимальное напря­жение на контакте

где — напряжение источника питания;

R — сопротивление нагрузки, например сопротивление обмотки включаемого реле.

Чтобы напряжение на контакте не превышало 300 В, сопротивле­ние искрогасящего резистора:

При отключении реле НМШ1-1800 от источника питания 24 В со­противление резистора r не должно превышать 22 500 Ом. Эффект искрогашения тем лучше, чем меньше r. Однако при малом r теряется управляемость контакта, так как при разомкнутом контакте ток про­ходит через управляемый прибор (обычно другое реле), который мо­жет остаться возбужденным при размыкании контакта. Кроме того, при разомкнутом контакте непроизвольно расходуется электроэнер­гия.

Рис. 3.4. Схемы искрогашения

 

В схеме (рис. 3.4, б) контакт шунтируется конденсатором С. При размыкании цепи энергия вместо пробоя воздушного промежутка расходуется на заряд конденсатора. Однако при очередном замыка­нии контакта конденсатор разряжается через малое сопротивление контакта, что ухудшает условия работы последнего, особенно при частых переключениях. При пробое конденсатора С теряется управ­ляемость схемы.

Эти недостатки схемы в основном устраняются включением по­следовательно с конденсатором резистора r (рис. 3.4, в). Такую схему применяют наиболее часто, причем в практических схемах емкость конденсатора С равна 0,25—4 мкФ, а сопротивление резисто­ра r — 30—200 Ом. При пробое конденсатора в данном случае также теряется управляемость схемы, поэтому в ответственных схемах ее не применяют.

В схеме (рис. 3.4, г) контакт шунтируется нелинейным резистором (варистором) r. При рабочем напряжении цепи сопротивление этого резистора велико и практически не оказывает влияния на режим ра­боты цепи. В момент размыкания контакта и увеличения напряжения за счет э.д.с. самоиндукции сопротивление нелинейного резистора резко уменьшается, ограничивая перенапряжение на контактах.

Эффект искрогашения достигается также включением рассмот­ренных искрогасительных цепей параллельно нагрузке (рис. 3.4, д, е. ж, з). В схеме (см. рис. 3.4, д) резистор подключают параллельно нагрузке (например, обмотке реле). В момент размыкания контакта К ток, обусловленный э.д.с. самоиндукции, замыкается через резис­тор r. Чтобы напряжение на контакте Uк не превышало 300 В, сопро­тивление резистора

Подключение резистора r параллельно нагрузке повышает потреб­ление энергии от источника питания. Однако, если резистор по срав­нению с нагрузкой имеет высокое сопротивление, то этот недостаток не играет существенной роли. В тех случаях, когда нежелательно иметь дополнительный расход энергии, последовательно с резистором включают диод VD (рис. 3.4, и). Эта схема практически является равноценной схеме рис. 3.4, з. Диод включают по отношению к источ­нику питания во встречном направлении, его обратное сопротивление велико и потерь энергии почти нет. При размыкании контакта воз­никающая э.д.с. самоиндукции имеет обратное направление, ток за­мыкается через диод. Для исключения короткого замыкания при пробое диода последовательно с ним включают резистор. Включение диода для искрогашения вызывает замедление на отпус­кание управляемого реле, поэтому применение диода недопустимо, если появление замедления изменяет режим работы схемы.

При включении резистора (см. рис. 3.3, д) замедление на отпус­кание якоря также увеличивается, хотя и в меньшей степени. При с замедлением, обусловленным подключением резистора, можно практически не считаться. На временные параметры управ­ляемого прибора (реле) оказывают влияние в той или иной степени и схе­мы искрогашения (см. рис. 3.4, е, ж, з).

Вопросы для самоконтроля по пункту: Контактная система реле

 

1) Основные параметры контактов.

2) Материалы, из которых изготавливаются контакты реле, обоснуйте выбор этих материалов.

3) Перечислите факторы, приводящие к разрушению контактов, поясните причину их появления.

4) Перечислите способы увеличения срока службы контактов.

5) Опишите принцип действия искрогасительных схем (рис. 3.4).

Схемы искрогашения