2.5 Электромагнитные поляризованные реле

2.5.1 Назначение. Принцип действия

Часто необходимо, чтобы электромагнитные реле, реагировали не только на значение, но и на полярность тока на входе.

Например, в системе автоматического регулирования температуры при температуре сверх требуемого значения должен включаться охладитель (например, вентилятор), а при температуре ниже требуемого значения должен включаться нагреватель. Следовательно, реле при одной полярности входного сигнала должно включать одну группу контактов, а при другой полярности — другую.

Как известно из электротехники, при пропускании тока по катушке с сердечником создается магнитное поле и на находящиеся в этом поле стальные детали будет действовать сила притяжения. Направление тока или знак индукции магнитного поля не влияют на направление силы. Это всегда сила притяжения, а не отталкивания.

Можно доказать математически неизменность направления электромагнитной силы при изменении знака тока или потока (в формулах значение тока или магнитного потока стоит в квадрате).

Для получения в электромагнитном механизме знакопеременной зависимости тяговой силы от направления входного сигнала необходимо наличие двух магнитных потоков: создаваемого током в обмотке реле и постоянного, неизменного по величине и направлению, создаваемого постоянным магнитом. При одном направлении тока в обмотке реле магнитные потоки будут складываться, а при другом направлении тока — вычитаться. Следовательно, изменение направления тока приведет к изменению абсолютной величины магнитного потока, чего не было в электромагнитных нейтральных реле.

Чувствительность к направлению (поляризация) осуществляется именно за счет постоянного магнитного потока. Все поляризованные реле основаны на использовании в электромагнитном механизме двух потоков.

По конструктивной схеме магнитной цепи различают поляризованные реле, построенные по дифференциальной и мостовой схемам. По числу устойчивых положений якоря различают двухпозиционные и трехпозиционные поляризованные реле.

2.5.2 Магнитные цепи поляризованных реле

В поляризованном реле с дифференциальной схемоймагнитной цепирабочий (управляющий) магнитный поток создается при протекании тока I по обмотке реле, состоящей из двух одинаковых половин I и I', включенных последовательно и согласно. Постоянный (поляризующий) магнитный поток создается постоянным магнитом 2. Катушки реле I и I' размещены на неподвижном сердечнике (ярме) 3. Якорь 4 может поворачиваться относительно оси О в рабочем зазоре δ. На якоре размещен подвижный контакт, который может замыкаться с неподвижными контактами 5 или 5'.

Рисунок 2.13–Поляризованное реле с дифференциальной схемой магнитной цепи

Магнитный поток показан пунктиром, а магнитный поток — сплошной линией. Направление потока неизменно, а направление потока зависит от направления тока в катушке реле. На рис. 2.13 направление потока показано для указанного на этом рисунке направления тока I.

Поляризующий поток проходит по якорю 4 и разветвляется на две части и в соответствии с проводимостями воздушных зазоров слева ( ) и справа ( ) от якоря. В зависимости от полярности тока I в обмотке реле рабочий поток вычитается из потока , в зазоре слева от якоря и складывается с потоком в зазоре справа от якоря (как показано на рис. 2.13) или наоборот: потоки складываются в левом зазоре и вычитаются в правом зазоре при противоположном направлении тока. На якорь действуют две электромагнитные силы, направленные встречно, каждая из которых пропорциональна квадрату потока в соответствующей части зазора. Для направлений тока и магнитных потоков, показанных на рис. 2.13, результирующее тяговое усилие заставит якорь перекинуться из левого положения в правое. При отключении входного сигнала (I=0) якорь остается в том положении, которое он занимал до отключения сигнала. Реле, показанное на рис. 2.13, является двухпозиционным. Результирующее электромагнитное усилие, действующее на якорь поляризованного реле, направлено в сторону того зазора, где управляющий и поляризующий магнитные потоки складываются.

В процессе перемещения якоря из одного положения в другое происходит значительное увеличение тягового усилия(возрастет в четыре раза по сравнению с усилием в обесточенном реле). Этим и объясняется то, что поляризованные реле имеют очень высокое быстродействие: время срабатывания составляет несколько миллисекунд. Кроме того, дополнительное усилие, сжимая контакты, позволяет при очень малом управляющем сигнале управлять относительно мощными электрическими цепями. Главное достоинство поляризованных реле – высокая чувствительность. Высокочувствительные поляризованные реле выполняются маломощными с ходом якоря от одного крайнего положения до другого порядка 0,1—0,2 мм.

Работа поляризованного реле с мостовой схемой магнитной цепи (рис. 2.14) происходит аналогично реле с дифференциальной схемой. Отличие заключается в том, что магнитная цепь для управляющего потока , создаваемого обмоткой реле, выполнена отдельно от магнитной цепи для поляризующего потока , создаваемого постоянным магнитом. Благодаря этому поляризованные реле мостового типа имеют более высокую стабильность параметров и устойчивее к внешним механическим воздействиям.

Рисунок 2.14–Поляризованное реле с мостовой магнитной цепью