5.1. Электромагнитные реле

Некоторые характеристики электромагнитных и электронных реле приведены в табл. 5.

Таблица 5

Реле	Мощность срабатывания Рр,. Вт	Мощность управления Ру, Вт	Время срабатывания '«..С	Коэффициент усиления по мощности к.
Электромагнитные: нейтральные поляризованные Электронные	10-3...10-2 5 103...5 10-1 10-12...10-8	10-1...10-4 10...20 10-3...102	103...2 10-1 10-3…15 10-3 10-9...10-8	102...106 40... 2000 108…1010

Электромагнитное реле — типовой элемент автоматики, управляющий подачей значительной мощности источника питания в нагрузку, переключая контакты реле за счет использования не­большой мощности в цепи управления. Реле в общем случае представляют собой промежуточный элемент, приводящий в действие одну или несколько электрических цепей.

По сравнению с бесконтактными полупроводниковыми переключателями (транзисторами и тиристорами) контактные реле обладают следующими преимуществами:

устойчивостью к изменению температуры; широким диапазоном коммутируемых токов и напряжений; устойчивостью к электрическим перегрузкам как на контактах, так и в цепи управления; радиационной стойкостью;

возможностью коммутации большого числа гальванически развязанных цепей; небольшими массой, габаритыми размерами, стоимостью. Существуют реле постоянного и переменного тока. В основном применяются реле постоянного тока, подразделяемые на нейтральные и поляризованные.

Схема нейтрального реле и его характеристика приведены на рис. 37, а, б. При росте управляющего тока в катушке 1 растет сила притяжения якоря 6 к сердечнику 2, которой противодействует упругая сила изгиба контакта 4. При достижении управляющим током значения тока срабатывания Х_ор происходит вначале размыкание нормально замкнутых (размыкающих) контактов 4, 5, что приведет к размыканию цепи с лампой HLI, потом замыка­ние нормально разомкнутых (замыкающих) контактов 4, 3 и за­мыкание цепи с лампой HL2. Дальнейшее увеличение тока в уп-

Рис. 37. Схема сигнализации на нейтральном электромагнитном реле

равняющей цепи никак не влияет на выходной сигнал. При уменьшении управляющего тока сила, притягивающая якорь к сердечнику, убывает, и при токе отпускания сила упругости разомкнет контакты 4, 3 и замкнет контакты 4, 5 выходных цепей.

Изменение знака управляющего сигнала в нейтральных реле не меняет знака выходного сигнала. Так как для намагничивания сердечника при росте управляющего тока затрачивается энергия магнитного поля, при уменьшении управляющего тока магнитная индукция и сила притяжения якоря сердечником падают с некоторым запаздыванием и ток срабатывания Х_ср, как правило, больше тока отпускания Х_отп, а характеристика имеет петлю гистерезиса.

Нейтральное реле имеет два устойчивых состояния: контакты реле разомкнуты или контакты реле замкнуты, статическая ха­рактеристика реле двухпозиционная, имеет вид ступеньки. Мощ­ность в управляющей цепи реле может быть значительно меньше мощности в цепи нагрузки, поэтому можно говорить об электро­магнитном реле как об усилителе мощности.

На рис. 3.37, в приведена схема сигнализации на базе нейтрального реле. Катушка и контакты реле обозначены одинаково — буквой К— и соединены пунктиром. Если в качестве кнопки при­менить путевой выключатель, а вместо ламп — электропривод станка, получим схему концевого выключателя электропривода.

В поляризованных электромагнитных реле направление отклонения якоря от нейтрального положения зависит от направления тока в катушке, что вызывает замыкание (размыкание) одной из двух групп контактов.

На рис. 38, а приведена схема поляризованного реле, состоящего из управляющих обмоток 2 и 5, включенных последовательно и согласно (их магнитные потоки дополняют друг друга), постоянного магнита 3, сердечника 4, якоря 7 и контактов 6, 7. Постоянный магнит создает в сердечнике постоянный поляризующий магнитный поток Ф_п. Ток в управляющих обмотках 2 и 5 создает управляющий магнитный поток Ф_у, направление и величина которого определяются направлением и величиной управляющего тока I. При 1=0 якорь 7 находится в равновесии, контакт 1 — между контактами 6 и 7, выходные цепи разомкнуты. При росте управляющего тока I на поляризующий магнитный поток Ф_п наложится поток Ф_у от обмоток 2 и 5, причем для указанного направления тока /потоки Ф_п и Ф_у в левом полусердечнике будут складываться, а в правом — вычитаться, так что якорь будет сильнее притя­гиваться к левому полусердечнику, чем к правому, повернется влево и замкнет контакты 7 и 6. При изменении полярности управляющего сигнала якорь повернется вправо и замкнет контакты 1 и 7.

Реле имеет три устойчивых состояния (рис. 38, б): нейтральное и два положения срабатывания, определяемых направлением уп-

Рис. 38. Поляризованное электромагнитное реле

равняющего тока. Характеристика имеет петлю гистерезиса и зону нечувствительности. Поляризованные реле имеют высокую чувствительность и быстродействие и широко применяются в автоматике.

Основными параметрами, характеризующими работу реле, являются:

мощность срабатывания Р_сраб — электрическая мощность на входе реле, при которой происходит замыкание (размыкание) контактов (0,001...0,1 Вт);

время срабатывания — время между моментом подачи на реле управляющего импульса и моментом замыкания контактов управ­ляемой цепи (0,001 ...0,2 с);

мощность управления Р_упр — электрическая мощность управляемой цепи (10... 1000 Вт и более).

Коэффициент усиления по мощности для реле, иногда называемый коэффициентом управления, определяется как к_Р = Р/ Р_сраб и составляет 40... 10⁶.

Вместо контактных электромагнитных реле все чаще применяют полупроводниковые ключи, построенные на базе транзисторов и тиристоров. Простейший ключ на транзисторе (рис. 39, а) представляет собой усилитель с релейной характеристикой. При наличии напряжения на базе транзистор пропускает ток, его сопротивление в цепи эмиттер — коллектор мало. При отсутствии на­пряжения на базе транзистор закрыт, ток от эмиттера к коллектору и в выходной цепи отсутствует.

Тиристор — это полупроводниковый четырехслойный прибор, способный, подобно диоду, пропускать ток только в одну сторону, причем ток пойдет только при наличии на управляющем элек­троде открывающего напряжения. Когда входной сигнал достигает заданного уровня (рис. 39, б), сопротивление ключа мало (ключ открыт); если входной сигнал ниже заданного порогового — сопротивление ключа велико (ключ закрыт). После снятия управ-

Рис. 39. Ключи на транзисторе (а) и тиристоре (б)

ляющего сигнала тиристор будет пропускать ток еще некоторое время, пока не закроется, поэтому тиристоры называют прибора­ми с неполной управляемостью.

Тиристор имеет релейную характеристику при двух устойчивых состояниях — открытом и закрытом. Для ускорения запирания тиристора применяют специальные схемы.

Переключение полупроводниковых ключей занимает несколько микросекунд, т.е. происходит практически мгновенно. Полупроводниковые ключи имеют малые габаритные размеры, большую механическую прочность, устойчиво работают в диапазоне температур — 60... 150 °С, способны пропускать токи до 300 А.

Подобие некоторых физических свойств жидкостей и газов объясняет подобие конструкций гидро- и пневмораспределителей. Так же как и усилители, они подразделяются по типу распределительного элемента на распределители давления и расхода золотникового типа, распределители с соплом и заслонкой, распределители струйного типа, распределители клапанного типа и комбинированные.