8.3.3. Електромагнітні реле постійного струму

Електромагнітні реле є найпоширенішими із групи електромеханічних реле й набули широкого застосування в пристроях автоматики, телемеханіки й обчислювальної техніки. Якщо електромагнітні реле використовуються для перемикання потужних ланцюгів струму, вони називаються контакторами. Реле постійного струму підрозділяються на нейтральні й поляризовані. Нейтральне реле однаково реагує на постійний струм обох напрямків, що протікає по його обмотці, тобто положення якоря не залежить від напрямку струму в обмотці реле. Поляризовані реле реагують на полярність сигналу.

По характеру руху якоря електромагнітні нейтральні реле підрозділяються на два типи: з кутовим рухом якоря й утяжним якорем.

На рис. 8.17 показані схеми електромагнітних реле клапанного типу й з якорем, що втягуються усередину котушки. Для зменшення магнітного опору робочого повітряного зазору сердечник електромагнітного реле звичайно забезпечується полюсним наконечником.

Рис. 8.16. Схеми електромагнітних реле: а – клапанного типу з замикаючим і розмикаючим контактом; б – клапанного типу з замикаючим контактом; в – з якорем, який втягується; 1 – каркас з обмоткою; 2 – ярмо; 3 – виводи обмоток; 4 – колодка; 5 – контактні пружини; 6 – замикаючі контакти; 7 – рухомі контакти; 8 – розмикаючі контакти; 9 – звовротна пружина; 10 – якорь; 11 – штифт відлипання; 12 – осердя; 13 – струмопровідний шар; 14 – ізоляція.

При відсутності керуючого сигналу якір віддалений від осердя на максимальну відстань за рахунок зворотної пружини (рис. 8.16, а). У цьому випадку одна пара контактів замкнена (розмикальні контакти - РК), а інша пара розімкнута (замикаючі контакти - ЗК).

Принцип дії таких реле укладений у наступному: при подачі струму в обмотку (котушку) створюється магнітний потік, який, проходячи через сердечник, ярмо, якір і повітряний зазор δ_н(0), створює магнітне зусилля, що притягає якір до сердечника. При цьому якір, впливаючи на колодку, переміщає її таким чином, що контакти ЗК замикаються, а РК розмикаються. У деяких конструкціях реле якір при вимиканні струму під дією власної ваги вертається у вихідне положення (рис. 8.16, в).

Розглянемо особливості роботи реле по етапах (рис. 8.17) на прикладі реле з кутовим переміщенням якоря (рис. 8.16, б). За рахунок індуктивності котушки реле струм у ній наростає (убуває) не миттєво, а поступово. При детальному розгляді роботи реле в процесі спрацьовування й відпускання можна визначити чотири етапи.

Рис. 8.17. Часова діаграма роботи реле.

Етап I - спрацьовування реле. Тривалість цього етапу - час повного спрацьовування tcp, тобто проміжок часу від моменту подачі напруги на котушку реле до моменту надійного замикання контактів (крапка А); I_тр - струм рушання, при якому починається рух якоря; t_тр - час, за який струм досягає значення I_тр, (крапка а), тобто проміжок, відповідний до початку руху якоря; I_ср - струм, при якому спрацьовує реле; t_дв - час руху якоря при спрацьовуванні. Таким чином, час повного спрацьовування, що відповідає закінченню руху якоря, t_cp = t_тр + t_дв.

Етап II - робота реле (t_раб - час роботи реле). Після того як реле спрацює, струм в обмотці продовжує збільшуватися (ділянка АВ), поки не досягнеться значення, що встановилося. Ділянка АВ необхідний для того, щоб забезпечити надійне притягання якоря до сердечника, що виключає вібрацію якоря при струсах реле. Згодом струм в обмотці реле залишається незмінним. Відношення струму, що встановився, I_уст до струму спрацьовування I_ср називається коефіцієнтом запасу реле по спрацьовуванню K_зап, тобто K_зап показує надійність роботи реле: K_зап = I_уст/I_ср = = 1,5...2. Величина I_уст не повинна перевищувати значення, припустимого для обмотки реле за умовами її нагрівання.

Етап III - відпускання реле. Цей період починається від моменту припинення подачі сигналу (точка З) і триває до моменту, коли струм в обмотці реле поменшається до значення I_от (точка D - припинення впливу реле на кероване коло). При цьому розрізняють час рушання при відпусканні t_тр і час руху I_дв.

Час відпускання t_от = t_тр + t_дв, де t_тр - час до початку руху якоря при відпусканні; t_дв - тривалість переміщення якоря. Відношення струму відпускання до струму спрацьовування називається коефіцієнтом повернення: K_в = I_от/I_ср < 1; звичайно K_в = 0,4...0,8.

Етап IV - спокій реле - відрізок часу від моменту розмикання контактів реле (точка D) до моменту вступу нового сигналу на його обмотку. При швидкому проходженні керуючих сигналів один за одним робота реле характеризується максимальною частотою спрацьовування (числом спрацьовувань реле в одиницю часу).