14. Электромагниты переменного тока. Сравнительный анализ зависимостей

I, Ф, F_ЭМ = f(δ) электромагнитов переменного и постоянного тока. рис 4,13

В сравнении с ЭМП в ЭМТ при синусоидальном напряжении и отсутствии насыщения магнитной системы ток и поток изменяются по закону синуса. Особенности:

1) В магнитопроводе ЭМТ потери на гистерезис и вихревые токи. В результате магнитное сопротивление стали возрастает, при этом удельное сопротивление стали будет состоять из активной составляющей и реактивной составляющей обусловленной потерями в стали.

– справочнике.

Расчёт цепи ведётся в комплексной форме. Для уменьшения потерь в стали и следовательно магнитную систему шихтуют и выполняют из стали с повышенным удельным сопротивлением.

2) (рис.4.14) анализ с помощью закона Ома.

Неполное включение при переменном токе опасно.

При неизменном напряжении сети магнитный поток не зависит от величины зазора, это обеспечивается током катушки.

при изменении воздушного зазора.

3) рис 4.13

Вывод:

• – не меняет своего направления.

• – можно разложить на 2-е составляющие переменную изменяющуюся с двойной частотой относительно частоты сети и постоянную составляющую равную .

.

4) Статическая тяговая характеристика и сравнение ЭМП и ЭМТ по .

где – коэффициент рассеивания магнитной системы, который при изменении от до изменяется незначительно. поэтому – изменяется незначительно (пологая).

Т.о. крутизна значительно меньше крутизны ЭМП.

с

с

1)

2)

при притянутом положении якоря

для преодоления одной будет иметь меньшую материалоёмкость ( обмотки) чем электромагнит постоянного тока, это особенно справедливо при больших ходах . При малом ходе предпочтительнее электромагнит постоянного тока.

ЭМТ позволяет иметь большой коэффициент возврата до 0,7, который будет тем больше, чем меньше превышение электромагнитной характеристики над противодействующей характеристикой при . Столь высокий коэффициент возврата позволяет осуществлять защиту двигателей от недопустимого снижения напряжения.

Для уменьшения вибрации рис. 4.16а, 4,15а.

и в отличии от не однозначно, т.к. оно зависит от фазы напряжения в момент включения или отключения электромагнита. Если считать цепь электромагнита чисто индуктивной, т.е. ток сдвинут от напряжения на угол 90⁰, то при начальной фазе U,=0 пусковой ток будет содержать апериодическую составляющую.

; ; ; .

Учитывая, что . Это объясняет высокое быстродействие .

15. Реле и контакторы. Тенденции развития электромагнитных реле и контакторов.

Реле – устройство, которое имеет скачкообразную гистерезисную характе­ристику управления.

Характеристика управления – зависимость У(I_К) = f(Х = U_У)

Возможны 2 вида характеристик управления реле.

а ) б)

Х_В

Х_ср

Характеристикой типа а) обладает реле с замыкающими контактами (ЗК); типа б) обладает реле с размыкающими контактами (РК).

Характеристики позволяют обеспечивать им 2 устойчивых положения – начальное и конечное, у реле  быстродействие и  помехоустойчивость.

t_cp и t_в не будут зависеть от скорости изменения входного сигнала.

Функции реле: 1) коммутация электрической цепи; 2) усиление и размножение входного сигнала; 3) фиксирование отклонения контролируемого параметра.

Классификация реле:

1. в зависимости от принципа действия привода:

электромагнитные, электродинамические, индукционные, тепловые и т.д.

2. в зависимости от входной величины, на которую реагируют реле:

U, I, P(давления), f, t-ры и т.д.

3. в зависимости от области применения:

промышленной автоматики, защиты энергосистем, радиоэлектроники.

4. по состоянию реле, в котором оно находится при снятии входной величины:

– одностабильные, у которых осуществляется самовозврат в исходное положение после снятия входной величины;

– двухстабильные, самовозврата нет, управление импульсное (благо­приятные условия работы обмотки,  надежность), устойчивое состояние фиксируется с помощью механических, электромагнитных или других защелок.

5. по массе:

микроминиатюрные (до 6 гр.), миниатюрные (до 16 гр.), малогабаритные (16-40 гр.), нормальные (больше 40 гр.).

6. по чувствительности:

высокочувствительные (с Р_ст до 10 мВт), чувствительные (до 50 мВт), нормальные (больше 50 мВт).

Основные параметры реле

1. I_ном – номинальный ток реле, это максимальный ток, который способна выдержать контактная система в длительном режиме из условия допустимого нагрева

2. U_ном – номинальное напряжение выходной цепи, это максимальное номинальное напряжение главной выходной цепи, в котором реле может работать надежно без пробоя

3. I_вкл, I_выкл – включаемый и отключаемый предельный ток реле в режиме нормальной коммутации, это максимальное значение токов выходной цепи, которые может включать и отключать реле многократно при определенном напряжении и определенном характере нагрузки, оговоренных заводом-изготовителем.

4. N_мех – механическая износостойкость, это количество циклов срабатываний при токе выходной цепи равном нулю.

5. N_ком – коммутационная износостойкость, это количество циклов срабатываний гарантированных заводом-изготовителем при определенных условиях (U, характер нагрузки).

6. t_ср – время срабатывания, это промежуток времени с момента подачи напряжения на катушку до момента замыкания ЗК.

7. t_в – время возврата, это время с момента снятия напряжения до размыкания ЗК.

Электромагнитные реле

Это основной тип реле, это объясняется существенными усилиями электромагнитов при минимальной мощности и габаритах.

Они подразделяются на нейтральные и поляризованные (реагируют на полярность входного сигнала). Нейтральные реле самые универсальные.

Основные параметры нейтральных реле:

1) управляют мощностью до нескольких кВт, реле с I_ном  10 А называют контакторами; 2) Средняя мощность Р_ср от 10 мВт до единиц Вт (чувствительные и нормальные реле);

3) t_ср = 10 мс – нормальные по быстродействию реле, частота включений – до 4000 вкл/час; 4) N_мех = (10-20)10⁶; 5) N_ком до нескольких миллионов.

Поляризованные реле применяются для усиления электрических сигналов в системах автоматики, измерительной техники.

Преимущества перед нейтральными:

1) реагируют на полярность управляющего сигнала; 2) большая чувстви­тельность, Р_ср доли-единицы мВт; 3) большее быстродействие t_ср = 2-3 с;

4) управление реле м.б. осуществлено импульсами, что  потребляемую мощность; 5) имеет несколько входов (до 5) при большом диапазоне входного сопротивления (от 1 Ом до нескольких кОм), что позволяет легко согласовать с различными источниками входного сигнала.

Недостатки:

1) небольшие мощности, которыми они могут управлять; 2) повышенная сложность и стоимость.

Указанные преимущества достигаются за счет применения поляризованного магнита.

Герконовые реле (ГР)

Являются разновидностью электромагнитных реле.

Выполнены на базе катушки внутрь которой вставлены герконы.

Особенности ГР по сравнению с электромагнитными:

1) более  быстродействие t_ср = 0,5–2 мс;

2)  износостойкость, особенно при малых токах до 100 млн. срабатываний

3)  стабильность сопротивления контактов в процессе эксплуатации;

4) повышенная способность коммутировать пониженные токи 10^-14 А при пониженном напряжении 10^-6.

Эти преимущества вытекают из преимуществ герконов.

Недостатки:

1) меньшее значение удельных токов нагрузки;

2) более критичны к токам перегрузки, к воздействию внешних магнитных полей

Отличительные особенности герконов обуславливают их применение в цепях с I  250 мА и U до (30-60) В, особенно когда необходимо  быстродействие и  число коммутаций.

Применяются в АТС, измерительной технике и слаботочной автоматике.

Тенденции развития герконовых реле:

1)  надежности; 2) улучшение массогабаритных показателей.

1 цель идет по пути изоляции контактной системы от окружающей среды. Контактную систему помещают в герметизированный контактный модуль с сухим чистым воздухом. В контактный модуль входит якорь с полюсами магнитной системы, остальная часть снаружи.

2 цель идет за счет совершенствования электромагнитного привода, который занимает значительную часть реле. Совершенствование привода идет по следующим направлениям:

– применение электромагнитов с уравновешенным и внутрикатушечным якорем

– применение поляризованных электромагнитов, которые позволяют в 2-3 раза уменьшить массу и габариты реле, в 1,5-2 раза  чувствительность реле

– частичное объединение контактной и магнитной систем. Например плоская контактная пружина является якорем реле

– применение магнитополупроводниковых (гибридных) электромагнитов в магнитную систему которых встраивается усилитель на бескаркасных полупроводниковых приборах (0,05-0,1 мВт)

– использование микротехнологий, применяемых для производства полупроводниковых приборов.

В настоящее время используя последние достижения науки и техники создан новый класс реле – микроминиатюрные. Они согласованы с интегральными микросхемами, что позволяет им вписываться в плату с полупроводниковыми приборами.

Примером такого реле является реле РЭС-49 (3,5 гр.) I_ном = 1 мА, U_н = 35 В, Р_ср = доли Вт; реле ТНК21ДТ U_н = 27 В, Р_ср = доли Вт.

Контакторы

Контактор – это аппараты дистанционного действия, предназначенные для частых коммутаций силовых эл.цепей, в основном цепей ЭД при нормальных режимах работы.

Коммутационный ток - .

В зависимости от рода тока коммутируемой секции контакторы бывают .

Контакторы состоят из контактной и дугогасительной системы, привода и вспомогательных контактов.

Основные технические параметры:

1) - номин. ток контактора, наибольшее значение тока контактов из условия допустимого нагрева при работе в прерывисто – кратковременном режиме, когда контактор находится во включенном состоянии, а затем следует несколько отключений.

2) - номин. рабочий ток контактора, допустимый ток главных контактов в конкретных условиях применения контактора, в зависимости от конкретных условий применения ( , влажность, частота срабатывания, теплоотдача и т.д.).

3) - номин. напряжение глав. цепи контактора, наибольшее номин. напряжение сети, для работы в которой предназначен контактор.

4) - наибольшее напряжение сети, в которой может работать контактор в конкретных условиях работы.

5) - предельные включаемый и отключаемый токи при данном напряжении на контактах и данном характере нагрузки, определяются заводом – изготовителем. Характеризуют коммутирующую способность контактора, которая определяется категорией его применения.

Существуют 4 категории применения контакторов и 5 категорий контакторов .

Категории применения контакторов .

АС – 1 – предназначен для коммутации акт. нагрузки, мало инд. нагрузки.

АС – 2 – коммутация двигателей с фазным ротором, торможение противовключением.

АС – 3 – пуск двигателя с КЗ ротором, отключение вращающихся двигателей при номин нагрузке.

АС – 4 – пуск двигателя с КЗ ротором, отключение неподвижного или медленно вращающегося двигателя, торможение противовключением.

Категории применения контакторов .

ДС – 1 – соответствует АС – 1.

ДС – 2 – пуск двигателей с возбуждением и их отключение при .

ДС – 3 – пуск двигателей возбуждением и их отключение в неподвижном состоянии или при медленно вращающемся роторе.

ДС – 4 – пуск двигателей с последовательным возбуждением и их отключение при .

ДС – 5 – пуск двигателей с последовательным возбуждением , отключение неподвижных и медленно вращающихся двигателей, торможение противовключением.

Анализ коммутирующей способности контактора при различных категориях их применения показывает, что наибольшей коммутирующей способностью обладают контакторы АС – 4 и ДС – 5.

При условиях нормальной коммутации контакторы категории АС – 4 имеют:

при и .

Контакторы категории ДС – 5 имеют:

при и .

При этих токах контакторы должны коммутировать многократно.

Кроме режима нормальной коммутации возможны режим резкой коммутации, который характеризуется более тяжелыми условиями (КЗ и т.д.).

Т.о. предельные определяются категорией применения контактора, при этом необходимо различать 2 значения - для нормальной и резкой коммутации.

6) - механическая износостойкость, количество циклов срабатываний, без ремонта и замены деталей. Современные контакторы имеют срабатываний.

7) - коммутирующая износостойкость.