2.7. Поляризованные реле

Поляризованные реле являются разновидностью электромагнитных конструкций. Якорь поляризованного реле находится под воздействием двух магнитных потоков, из которых один создается током, питающим обмотку реле, – рабочий, а второй – постоянным магнитом – поляризующий. Поляризованные реле выполняются в двух вариантах: с дифференциальной магнитной системой и с мостовой.

О бе конструкции состоят из сердечника 1, обмотки 2, постоянного магнита 3, якоря 4 и контактной системы 5 (рис.2.25). В дифференциальной системе (рис.2.25, а) поляризующий магнитный поток Ф_П выходит из полюса N и разветвляется на две части Ф_Па и Ф_Пб. Обмотка 2, обтекаемая током I_P, создает рабочий поток Ф_P.

Для простоты рассмотрения часть магнитного потока, ответвляющаяся через якорь, не учитывается. В воздушном зазоре δ_а магнитные потоки Ф_П и Ф_Р суммируются, а в δ_б вычитаются, образуя результирующие магнитные потоки:

(2.11)

Под действием Ф_а якорь притягивается к левому полюсу а с силой . Силе F_a противодействует сила , стремящаяся притянуть якорь к правому полюсу б.

При определенном токе I_P  I_C._P Ф_а становится больше Ф_б; ^а > ^б> и якорь отклоняется влево к полюсу а, замыкая контакты 5.

При изменении направления тока I_P поток Ф_а также меняет свое направление, вследствие чего в зазоре δ_а возникает разность магнитных потоков, а в зазоре δ_б их сумма. Тогда при I_P  I_C._P поток Ф_б > Ф_а, F_б > F_a, и якорь отклоняется вправо. Таким образом, благодаря наличию поляризующего потока реле реагирует не только на значение тока, но и на его направление.

Поляризованные реле непригодны для работы на переменном токе. Поляризованные реле обладают важными преимуществами: высокой чувствительностью и малым потреблением, достигающим при минимальном токе срабатывания и зазоре между контактами 0,5 мм 0,005 Вт; высокой кратностью тока термической стойкости (20-50) I_{CP min}, у обычных электромагнитных реле термическая кратность не превышает 1,5 I_{CP min}; быстротой действия 0,005 с.

Недостатками поляризованных реле являются: малая мощность контактов; небольшой зазор между ними 0,1-0,5 мм; невысокий коэффициент возврата.

2.8. Индукционные реле

Принципы действия и выполнения индукционных систем. Работа индукционных реле основана на взаимодействии переменных магнитных потоков с токами, индуктированными ими в подвижной системе реле. Основными элементами реле являются два электромагнита 1 и 2 и подвижная система 3, расположенная в магнитном поле электромагнитов (рис.2.26). Подвижная система выполняется из немагнитного электропроводящего материала в виде медного или алюминиевого диска, либо полого цилиндра (барабанчика), закрепленного на вращающейся оси 4. С осью 4 жестко связан подвижный контакт реле 5, замыкающий при повороте неподвижные контакты 6. Движению диска в сторону замыкания контактов противодействует спиральная пружина 7.

Обмотки электромагнитов 1 и 2 питаются переменными (синусоидальными) токами I₁ и I₂, которые создают переменные магнитные потоки Ф₁ и Ф₂. Положительное направление токов и соответствующее им положительное направление потоков, определяемое по правилу буравчика, показаны на рис.2.26. Векторная диаграмма их изображена на рис.2.27. Пренебрегая потерями на намагничивание, потоки Ф₁ и Ф₂ показаны на диаграмме совпадающими с токами I₁ и I₂. Магнитный поток Ф₁, пронизывая подвижную систему 3, наводит в диске ЭДС , поток Ф₂ – ЭДС .Наведенные ЭДС отстают по фазе на 90° от вызывающих их магнитных потоков. Под действием ЭДС Е_Д1 и Е_Д2 в подвижной системе возникают вихревые токи I_Д1 и I_Д2, замыкающиеся вокруг оси индуктирующего их магнитного потока. Положительные направления I_Д1 и I_Д2, определенные по правилу буравчика по положительному направлению потоков Ф₁ и Ф₂, показаны на рис.2.27. Вследствие малой индуктивности контура вихревых токов их векторы I_Д1 и I_Д2 принимаются совпадающими по фазе с вызвавшими их ЭДС (Е_Д1 и Е_Д2).

В рассматриваемой конструкции возникают две силы: F_Эl = k₁Ф₁I_Д2 – обусловленная взаимодействием магнитного потока Ф₁ и тока I_Д2, наведенного другим потоком Ф₂, и F_Э2 = k₂Ф₂I_Д1 вызванная воздействием потока Ф₂ на ток I_Д1, наведенный потоком Ф₁.

Силы взаимодействия потока Ф₁ со «своим» током I_Д1 и Ф₂ с вихревым током I_Д2 равны нулю.

Направление сил F_Эl и F_Э2 и создаваемые ими моменты вращения М_Э1 и М_Э2 определяются их средними значениями за период, которые зависят от угла сдвига фаз между взаимодействующими потоками и токами в диске. Силы F_Эl и F_Э2 определяются по правилу «левой руки» и показаны на рис.2.26. Результирующая электромагнитная сила F_Э = F_Эl + F_Э2. Результирующий электромагнитный момент М_Э = F_Эd, где d — плечо силы F_Э относительно оси в ращения. Момент М_Э приводит в движение подвижную систему 3, которая в зависимости от знака (направления) М_Э действует в сторону замыкания или размыкания контактов реле 5.

Электромагнитная сила F_Э и ее момент М_Э. Значение результирующей электромагнитной силы F_Э выражается через магнитные потоки Ф₁ и Ф₂, создаваемые токами, питающими обмотки электромагнитов реле, угол сдвига фаз между ними ψ и частоту входных токов :

(2.12)

Соответственно электромагнитный момент

(2.13)

где Ф₁ и Ф₂ – действующие значения магнитных потоков; k, k', k" – постоянные величины.

Анализируя выражение (2.13), можно сделать следующие выводы:

1) результирующий момент пропорционален действующим (или амплитудным) значениям магнитных потоков и зависит от сдвига фаз ψ между токами, подведенными к реле. Это означает, что индукционные реле могут служить для сравнения фаз входных токов. Реле имеет максимальный момент при ψ = 90° и не действует при ψ = 0;

2) знак момента зависит от sin ψ. Результирующая сила F_Э направлена от оси опережающего к оси отстающего магнитного потока;

3) конструкция реле должна обеспечить создание не менее двух переменных магнитных потоков (Ф₁ и Ф₂), пронизывающих подвижную систему в разных точках и сдвинутых по фазе на угол ψ  0;

4) поскольку действующие значения магнитных потоков Ф₁ и Ф₂ являются постоянными величинами, то мгновенное значение моментов индукционных реле в отличие от электромагнитных не изменяется во времени. Поэтому у индукционных реле отсутствует вибрация контактов, если токи и напряжения, создающие соответствующие потоки, синусоидальны;

5) на индукционном принципе могут выполняться только реле переменного тока: реле тока, направления мощности, сопротивления и др.