Электромагнитные реле управления

Электромагнитные реле — это электромеханические реле, функционирование которых основано на воздействии магнитного поля неподвижной обмотки с током на подвижный ферромагнитный элемент, называемый якорем.

В тех случаях, когда основным источником энергии является сеть переменного тока, желательно применять реле, обмотки которых питаются переменным током.

При подаче переменного тока в обмотку реле, якорь будет притягиваться к сердечнику так же, как и при постоянном токе под действием электромагнитной силы F₃, пропорциональной магнитному потоку Ф_δ, возникающему в зазоре между якорем и сердечником и создаваемому при протекании тока в обмотке электромагнита:

Так как ток в обмотке электромагнита переменный, то и магнитный поток Ф_δ, создаваемый этим током в рабочем зазоре, будет также переменным, т. е.

После преобразований получим

или

где μ₀ - магнитная постоянная.

Изменение тока I в обмотке и соответствующее изменение электромагнитного усилия во времени изображены на рис. 11.7.

Якорь будет притягиваться к сердечнику под действием среднего значения электромагнитного усилия, т. е. его постоянной составляющей F_э.cp. Величина F_э.cp определяется путем тригонометрического преобразования формулы (11.1):

где постоянная составляющая электромагнитного усилия

а переменная составляющая

Из формулы (11.2) следует, что электромагнитное усилие меняется (пульсирует) с удвоенной частотой 2ω, обращаясь в нуль дважды за период питающего (входного) напряжения. Следовательно, якорь реле может вибрировать, периодически оттягиваться от сердечника возвратной пружиной, что вызывает износ его оси, обгорание контактов, прерывание электрической цепи и другие нежелательные явления.

Хотя переменный ток является более распространенным, чем постоянный, реле постоянного тока нашли большее применение, так как они требуют использования шихтованного магнитопровода (набранного из отдельных листов), а также специальных мер для устранения вибрации якоря. Возможно включение реле постоянного тока в сеть переменного тока через выпрямительные устройства. На рис. 11.8 изображены схемы подобных устройств.

Устройство реле

Реле обычно состоит из трех основных функциональных элементов: воспринимающего, промежуточного и исполнительного.

Воспринимающий (первичный) элемент воспринимает контролируемую величину и преобразует её в другую физическую величину.

Промежуточный элемент сравнивает значение этой величины с заданным значением и при его превышении передает первичное воздействие на исполнительный элемент.

Исполнительный элемент осуществляет передачу воздействия от реле в управляемые цепи. Все эти элементы могут быть явно выраженными или объединёнными друг с другом.

Воспринимающий элемент в зависимости от назначения реле и рода физической величины, на которую он реагирует, может иметь различные исполнения, как по принципу действия, так и по устройству. Например, в реле максимального тока или реле напряжения воспринимающий элемент выполнен в виде электромагнита, в реле давления – в виде мембраны или сильфона, в реле уровня – в вице поплавка и т.д.

По устройству исполнительного элемента реле подразделяются на контактные и бесконтактные.

Контактные реле воздействуют на управляемую цепь с помощью электрических контактов, замкнутое или разомкнутое состояние которых позволяет обеспечить или полное замыкание или полный механический разрыв выходной цепи.

Бесконтактные реле воздействуют на управляемую цепь путём резкого (скачкообразного) изменения параметров выходных электрических цепей (сопротивления, индуктивности, емкости) или изменения уровня напряжения (тока).

Классификация реле

Реле классифицируются по различным признакам:

по виду входных физических величин, на которые они реагируют;

по функциям, которые они выполняют в системах управления;

по конструкции.

По виду физических величин различают электрические, механические, тепловые, оптические, магнитные, акустические реле.

При этом следует отметить, что реле может реагировать не только на значение конкретной величины, но и на разность значений (дифференциальные реле), на изменение знака величины (поляризованные реле) или на скорость изменения входной величины.

Работа электромагнитных реле на переменном токе.

При периодическом изменении направления переменного тока, проходящего по обмотке электромагнитного реле, также периодически изменяется полярность намагничивания как сердечника, так и якоря реле. Поэтому сердечник и якорь всегда обращены друг к другу разноименными полюсами и притягиваются.

Следовательно, направление силы притяжения якоря не зависит от направления тока в обмотке реле, и поэтому электромагнитные реле могут применяться как для постоянного, так и для переменного тока.

Однако при включении обмотки электромагнитного реле в цепь переменного тока сила притяжения якоря также будет переменной по величине и, как показано на рис. 3-3, будет изменяться с двойной частотой от нуля до наибольшего значения.

Таким образом, если частота переменного тока составляет 50 Гц, то сила притяжения якоря будет 100 раз в течение 1 с достигать наибольшего значения и 100 раз становиться равной нулю.

Вследствие этого, когда электромагнитная сила притяжения,

уменьшаясь, становится меньше противодействующей силы, создаваемой пружиной и весом якоря, якорь будет отходить, а затем вновь притягиваться при нарастании силы притяжения. Эти колебания якоря (вибрация) ухудшают работу контактов реле, вызывают их подгорание и неприятное гудение реле. Особенно нежелательна вибрация у реле, работающих нормально с притянутым якорем (например, магнитные пускатели).

Для устранения вибрации на часть полюса сердечника насаживается медный короткозамкнутый виток, называемый экраном (рис. 3-4). Благодаря этому магнитный поток, создаваемый током, проходящим по обмотке реле, расщепляется на два потока Ф1 и Ф2, сдвинутые между собой на некоторый угол. Каждый магнитный поток будет создавать силу притяжения якоря FЭ1 и FЭ2. В результате суммарная сила притяжения FЭ.СУМ равная FЭ1+ FЭ2 (рис. 3-5), будет иметь незначительные колебания и всегда будет превышать противодействующую силу пружины и веса якоря FМ. Поэтому реле с экранами вибрации подвижной системы не имеют.