3.6.6. Реле времени с электромагнитным замедлением

Реле времени предназначены для задания выдержки времени до момента коммутации. Существуют различные технические реализации реле времени: электронные – аналоговые и цифровые, механические, электромеханические, с часовым механизмом, пневматические, электромагнитные.

Принцип действия электромагнитного реле времени основан на использовании вихревых токов, создаваемых короткозамкнутой обмоткой, которые замедляют срабатывание электромагнитной системы. Конструкция электромагнитное реле времени представлена на рис. 3.33.

Рис. 3.33. Электромагнитное реле времени

На магнитопровод 1 надета медная гильза 3, равнозначная короткозамкнутой обмотке с одним витком. Когда изменяется основной поток Ф_у, созданный током катушки 2, в гильзе 3 наводятся вихревые токи, поток Ф_вх от которых имеет направление, препятствующее изменению основного потока.

После затухания тока i₂ в цепи устанавливается остаточный магнитный поток, определяемый кривой размагничивания материала магнитопровода и воздушным зазором. Возможны случаи, когда остаточный магнитный поток создает силу притяжения большую, чем сила, развиваемая пружиной. Происходит так называемое залипание якоря, когда якорь остается в притянутом положении после отключения питающей обмотки. Для устранения залипания на торце сердечника или якоря устанавливается тонкая немагнитная прокладка. Наличие этой прокладки обеспечивает фиксированный достаточно малый конечный зазор d_к ≠ 0, что приводит к снижению остаточного магнитного потока и устранению залипания.

Выдержка времени при отпускании при прочих равных условиях определяется начальным потоком Ф_у, который, в свою очередь, определяется кривой намагничивания магнитной системы в замкнутом состоянии. Поскольку напряжение и ток в обмотке пропорциональны, зависимость Ф(U) повторяет в другом масштабе зависимость Ф(Iw).

Выдержка времени при отпускании при прочих равных условиях определяется начальным потоком Ф_у. Этот поток определяется кривой намагничивания магнитной системы в замкнутом состоянии. Поскольку напряжение и ток в обмотке пропорциональны, зависимость Ф(U) повторяет в другом масштабе зависимость Ф(Iw). Если система при номинальном напряжении не насыщена, то поток Ф_у сильно зависит от питающего напряжения. При этом выдержка времени также зависит от напряжения обмотки. Для независимости выдержки времени от питающего напряжения магнитная цепь электромагнитов делается сильно насыщенной.

На рис. 3.34 слева представлена кривая намагничивания магнитной системы Ф = f(U). В зоне насыщения оклонения питающего напряжения на ±DU ведут к незначительному изменению установившегося потока Ф_у и колебанию времени отпускания в пределах от t₁ до t₂.

Вся рабочая зона лежит в области напряжений выше 0,5U_ном. При работе в ненасыщенной зоне U < 0,5U_ном даже небольшие отклонения питающего напряжения приводят к значительному изменению потока Ф_у и выдержки времени на отпускание.

Рис. 3.34. Характеристика намагничивания магнитной системы и зависимость времени отпускания от напряжения питания

В разнообразных схемах автоматики, в которых используются электромагниты, напряжение на их питающие обмотки может подаваться кратковременно. В этом случае для стабильности выдержки времени при отпускании необходимо, чтобы длительность приложения питающего напряжения была достаточна для достижения потоком установившегося значения. Это время называется временем подготовки или зарядки. Если длительность приложения напряжения меньше этого времени, то выдержка времени уменьшается. Время зарядки зависит от габаритов реле и составляет около 1 с.

На выдержку времени электромагнита влияет температура короткозамкнутой обмотки. Заводы-изготовители гарантируют работу таких электромагнитов в диапазоне температур от – 40 до +60 °C. Если температура короткозамкнутой обмотки равна окружающей, то при указанном изменении температуры сопротивление, а, следовательно, и выдержка времени изменятся почти в 1,5 раза. В среднем можно считать, что изменение температуры на каждые 10 °С ведет к изменению времени выдержки на 4 %. Зависимость выдержки времени от температуры является одним из основных недостатков электромагнитов с короткозамкнутой обмоткой.

Электромагнитное реле используется следующим способом. В исходном состоянии на катушку реле подано напряжение и протекающий в ней ток создает магнитный поток, который притягивает якорь электромагнита. Для начала отсчета времени следует либо отключить катушку, либо, к тому же, еще и закоротить ее.

Регулирование выдержки времени на отпускание реле осуществляется несколькими способами

1. изменением активного сопротивления короткозамкнутого витка, уменьшение его увеличивает время отпускания за счет увеличения постоянной времени и снижения скорости спадания потока;

2. изменением толщины немагнитной прокладки в воздушном зазоре, уменьшение толщины увеличивает время отпускания, за счет снижения скорости спадания потока;

3. изменением натяжения противодействующей пружины.