6.3. Тяговая и механическая характеристики электромагнитного реле

В процессе функционирования в реле происходит взаимодействие электромагнитных F_э и механических F_м усилий. Электромагнитные усилия создаются в электромагните воспринимающего органа А (см. рис.15); механическое усилие – пружиной промежуточного органа Б. В соответствии с этим одними из основных характеристик, описывающих процесс функционирования реле в силовом масштабе, являются тяговая (электромеханическая) и механическая характеристики.

Тяговая характеристика F_э =  f() представляет собой зависимость тяговых усилий, создаваемых электромагнитом, от перемещения (ход или угол поворота) якоря реле. Механическая характеристика F_м = f () представляет собой зависимость механических усилий, создаваемых пружинами, и противодействующих усилий от перемещения якоря реле (рис.17).

Подвижная система перемещается от начального положения _н до конечного _к, ₁ – провал контактов; F₁ и F₂ – противодействующие механические усилия, создаваемые пружинами (F₁ – возвратной от _н до _к, F₂ – контактной от _к до ₁). Результирующее противодействующее усилие пружин представляет механическую характеристику F_м: F_м = F₁ + F₂.

Зависимости F₁ и F₂ являются линейными, это обусловлено упругими деформациями пружины при относительно небольшом перемещении подвижной системы. Электромагнитное усилие F_э зависит от тока в катушке реле. При ненасыщенной магнитной системе тяговая сила пропорциональна квадрату тока, поэтому характеристика F_э имеет форму параболы.

Для срабатывания реле необходимо, чтобы тяговая характеристика F_э1 во всех точках хода механизма была выше, чем суммарная противодействующая характеристика F_м:

F_э2  F_м.

Движение подвижной системы при возрастании тока в обмотке начинается в точке а при данном начальном зазоре _н и заканчивается в точке в при конечном зазоре _к. Этот зазор создается для исключения зазора якоря. Для надежного срабатывания в обмотку реле подается рабочий ток I_р, превышающий ток трогания I_т. Коэффициент запаса при этом k_з = 1,4. С ростом коэффициента запаса тяговая характеристика F_э1 поднимается, увеличивается тяговое усилие и ускорение якоря, сокращается полное время включения реле. При этом возрастают механические нагрузки в механизме реле, вибрация контактов. Для предотвращения залипания контактов и создается конечный зазор _к. При этом зазоре тяговое усилие превышает усилие механических пружин и создается избыточное усилие F_э1,

F = F_изб = F_в – F_б.

Для отключения реле необходимо, чтобы тяговая характеристика F_э2 во всех точках шла ниже механической характеристики F_м:

F_э2  F_м.

Начало отключения происходит в точке б, когда усилие электромагнита F_э2 становиться меньше усилий пружин. С учетом того, что реле защиты энергосистем и электропривода должны контролировать значение тока в узких пределах, коэффициент возврата k_в должен быть возможно ближе к единице. Время срабатывания электромагнитных реле колеблется от 1-2 до 20 мс. Для быстродействующих реле коэффициент запаса k_з = 1,52; для обыкновенных реле k_з = 1,53.