
Лабораторная работа №1
ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ВИДОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РЕЛЕ
Цель работы:
Изучить принцип действия и конструкцию электромагнитных реле, применяемых в схемах электрической централизации стрелок и сигналов, в системах автоблокировки и связи.
Ознакомиться с классификацией реле, маркировкой реле и обозначением на схемах реле и контактов.
Изучить устройство управляющей и исполнительной частей реле, конструкцию деталей и материалы, из которых они изготавливаются.
Ознакомится с эксплуатационно-техническими требованиями, предъявляемыми к реле.
Краткие теоретические сведения
В качестве основных элементов в устройствах железнодорожной автоматики, телемеханики и связи применяются приборы релейного действия, у которых при непрерывном изменении входной величины “х” происходит скачкообразное изменение выходной величины “у”.
С
татическая
характеристика идеального релейного
устройства приведена на рис.1. При х<х2
выходная цепь разомкнута и у=0. При х>х1
выходная цепь замкнута и у=ум.
Если х2< х<х1, то в релейном устройстве
возможны оба состояния у=0 или у= ум.
Из рис.1 видно, что нахождение рабочей
точки на участке Д-А соответствует
выключенному состоянию реле у=0, на
участке В-С – включенному состоянию
у=ум.
Переход выходной цепи их разомкнутого
состояния в замкнутое происходит
скачкообразно, если входная величина
достигает порогового значения х=х1, из
замкнутого в разомкнутое – при пороговом
значении х=х2.
Если скачкообразное изменение тока в выходной цепи достигается физическим размыканием цепи, тот такой элемент называют контактным реле, или просто реле. Если скачкообразное изменение тока в выходной цепи обусловливается изменением внутреннего состояния элемента (внутреннего сопротивления проводимости, индуктивности и т.п.) без физического размыкания цепи, то такой элемент называют прибором релейного действия, или бесконтактным реле.
Контактные реле получили наиболее широкое распространение в эксплуатируемых устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики благодаря их простоте надежности работы. К их достоинствам следует отнести возможность независимого одновременного переключения нескольких выходных цепей постоянного и переменного тока, что обусловлено наличием раздельных групп контактов у этих элементов. При этом выходные цепи оказываются гальванически не связанными одна с другой и с входной цепью.
Однако контактные реле имеют относительно большие размеры и массу, небольшой срок службы, особенно при работе в импульсном режиме, недостаточное быстродействие, обусловленное наличием механических перемещений при работе реле. Указанные недостатки в основном могут быть устранены применением бесконтактных реле, у которых отсутствуют подвижные трущиеся элементы. Бесконтактные приборы обладают большим быстродействием, имеют малые размеры и массу, менее подвержены воздействию вибрации, наблюдающейся при проследовании подвижного состава.
Вместе с тем, при использовании бесконтактных реле возникает трудность одновременного коммутирования нескольких выходных цепей, гальванически не связанных друг с другом, что ограничивает их область применения
Основные типы реле определяются видом энергии, на которую реагирует воспринимающая часть реле: электрические, механические, тепловые, акустические и т.д. Электрические реле по принципу действия подразделяются на следующие типы: электромагнитные, магнитоэлектрические, индукционные и т.п. Наиболее широкое распространение получили электромагнитные реле из-за простоты и надежности.
Электромагнитное реле (рис. 2) состоит из следующих основных частей: обмотки реле 1, сердечника 2, ярма 3, подвижного якоря 4, контактной группы 5. Сердечник с обмоткой, ярмо, подвижной якорь и воздушный промежуток составляют воспринимающую часть электромагнитного реле. Воспринимающий сигнал принимает управляющий сигнал или реагирует на его входную величину. Исполнительная часть включает контактную группу и в зависимости от воздействия на нее воспринимающей части, скачкообразно изменяет выходную величину (ток в коммутируемой цепи). Все детали, изделия, защитные средства и арматура, используемые для образования единой конструкции реле, составляют его основу.
П
ринцип
действия электромагнитных реле (рис.
2) основан на притяжении ферромагнитного
тела (якоря) электромагнитным потоком,
создаваемым в сердечнике обмоткой реле.
На рис.2а изображено реле с поворотным якорем, а ан рси.2б – реле с линейно перемещающимся втяжным якорем. Состояние притяжения якоря называется срабатыванием реле.
Электромагнитные реле можно классифицировать по различным признакам. По роду питающего тока реле подразделяются на: постоянного тока, переменного тока и смешанного питания. В свою очередь реле постоянного тока по конструкции делятся на : нейтральные, поляризованные и комбинированные (нейтрально поляризованные), объединяющие в одной конструкции элементы нейтральных и поляризованных реле. Работа нейтральных реле зависит только от величины тока в обмотке и не зависит от его направления. Такие реле являются двухпозиционными, так как их якорь может находиться только в двух положениях. Поляризованные реле также двухпозиционные, но положение якоря этих реле определяется полярностью (направлением) тока в обмотке реле.
По времени срабатывания реле классифицируются следующим образом:
а) быстродействующие (время срабатывания на притяжение и отпускание якоря – 0.02-0.03 с);
б) нормально действующие (время срабатывания – 0.15-0.2 с);
в) медленно действующие (время срабатывания – 1.0-1.5 с);
г) временные (время срабатывания – от 1.5 с. до нескольких минут).
По надежности реле подразделяются на первый и низшие (2-й и 3-й) классы надежности. К реле 1-го класса надежности действия относятся реле, у которых возврат якоря при отключении питания обеспечивается с гарантией – под действием собственного веса. Кроме того, реле 1-го класса характеризуются дополнительными свойствами, обеспечивающими высокую надежность действия:
а) не свариваемостью фронтовых контактов;
б) исключением возможности залипания якоря при выключении питания за счет применения антимагнитного штифта на якоре;
в) надежностью замыкания и размыкания коммутируемых цепей за счет значительного давления между контактами и большого меж контактного расстояния.
У реле низших классов надежности возврат якоря в исходное состояние обеспечивается в основном под действием упругости контактных пружин. Эти реле, как правило, применяются в схемах, не связанных непосредственно с обеспечением безопасности движения поездов.
Различают 4 состояния реле: состояние покоя, рабочее состояние, состояние перехода из покоя в рабочее и наоборот. В связи с этим определяется следующие параметры управляющей части реле:
напряжение (ток или мощность) срабатывания Uср или притяжения якоря – это минимальное напряжение, которое необходимо подать на обмотку реле (подвести к управляющей части), для перехода реле из состояния покоя в рабочее;
напряжение (ток или мощность) отключения Uот или отпускания якоря – это максимальное напряжение, при котором реле отпускает якорь, т.е. переходит в состояние покоя;
рабочее напряжение (ток или мощность) Uр – это напряжение, превышающее напряжение срабатывания на величину, определяемую коэффициентом запаса Кз. Коэффициент запаса по напряжению определяется как отношение рабочего напряжения к напряжению срабатывания. Кз=Up/Ucp (1). Чем больше эта величина, тем надежнее работа реле, но и тем больше потери электрической энергии. В системах железнодорожной автоматики т телемеханики обычно коэффициент запаса находится в пределах 1.5-1.0
Важнейшей характеристикой реле является также коэффициент возврата – отношение напряжения (тока) отпускания к напряжению (току) срабатывания Кв=Uoт/Ucp (2). Для большинства реле (кроме специальных типов), используемых в железнодорожной автоматике, коэффициент возврата находится в пределах 0.25-0.5.
По способу включения в схемы различают 2 типа реле: штепсельного и не штепсельного включения. Современные малогабаритные реле выпускаются только в штепсельном исполнении.
Все реле имеют специальную маркировку. Первая буква или сочетание двух первых букв в обозначении указывают на физический принцип действия реле: Н – нейтральное, П – поляризованное, К – комбинированное, СК – самоудерживающее комбинированное, И – импульсное. Буква М, стоящая на втором месте в условном обозначении указывает на малогабаритное исполнение реле. Буква М отсутствует в условном обозначении малогабаритных автоблокировочных реле, у которых первая буква А обозначает, что это реле автоблокировочное малогабаритное, рассчитанное на номинальное рабочее напряжение 12В. У пусковых реле в условном наименовании имеется буква П, а у реле с выпрямителем – буква В. Реле штепсельного включения имеют в обозначении букву Ш.
У медленнодействующих реле всегда имеется дополнительная буква М, а у реле с замедлением на срабатывание, достигаемое с помощью термоэлемента – буква Т. Например: НМШМ – нейтральное малогабаритное штепсельное медленнодействующее, НМПШ – нейтральное малогабаритное пусковое штепсельное, ИМВШ – импульсное малогабаритное с выпрямителем штепсельное, АНШ – автоблокировочное малогабаритное нейтральное штепсельное, НМШТ – нейтральное малогабаритное штепсельное с термоэлементом.
После букв в условном обозначении реле ставится цифра, характеризующая контактную систему реле. У штепсельных реле цифра 1 указывает на наличие 8 контактных групп на переключение, состоящих из фронтовых (замыкающих) контактов, тыловых (размыкающих) и общих контактов. Цифра 2 применяется для обозначения 4 контактных групп на переключение, цифра 3 указывает на наличие у реле двух контактных групп на переключение и двух контактных групп на замыкание, состоящих из фронтового и общего контактов. Цифра 4 применяется для обозначения четырех тройников и четырех замыкающих контактов, цифра 5 – двух тройников и двух размыкающих контактов, состоящих из тылового и общего контактов.
Второе число, которое пишется через черточку, указывает величину общего сопротивления обмоток реле при последовательном включении постоянному току (НМШ1-180, НМШ3-550/400, АНШМ2-310).
Одна приведенная выше система обозначений выдерживается не для всех типов реле. Так, например, в обозначении огневых реле первая буква указывает на назначение реле: ОМШ2-40 – огневое малогабаритное штепсельное реле, четырех тройниковое с сопротивлением обмотки 40 Ом. Не соответствует системе обозначений и новые реле, выпускаемые Санкт-Петербургским Электротехническим заводом, например, реле типа РЭЛ1 – нейтральное малогабаритное штепсельное, 6 переключающих и 2 замыкающих контактных группы.
Обозначение реле, применяемых в схемах железнодорожной автоматики и телемеханики, приведены в приложении 1.
Реле любого типа должны обладать определенной совокупностью свойств, обеспечивающих тот или иной уровень качества их работы в период эксплуатации, что может служить характеристикой надежности действия реле. Надежность действия реле в основном зависит от надежности работы исполнительной части реле – контактов.
Исполнительная часть реле представляет собой контакты, при механическом замыкании и размыкании которых осуществляется включение или выключение приемника тока или управляемого объекта.
Контакты состоят из плоских пружин, закрепленных одним концом в основе реле; на другом конце укрепляются специальные контактные материалы, изготовленные в виде наклепок сферической, конической, цилиндрической или другой формы. Металлы, из которых выполняются наклепки (поверхности соприкосновения), должны обладать: хорошей электропроводностью, также и при окислении поверхностей, стойкостью против механического износа, не свариваемостью, устойчивостью к электрической эрозии при искрении.
Переключающий контакт (контактная группа) имеет три пружины: пружина, связанная посредством тяги с якорем, является подвижной, называется общей (О) и на схемах обозначается цифрой 1; при отпущенном якоре подвижная пружина соприкасается с нижней неподвижной, которая называется тыловой (Т) и обозначается цифрой 3; верхняя неподвижная пружина называется фронтовой (Ф) и обозначается цифрой 2. Общая и фронтовая пружины составляют замыкающую контактную группу или “фронтовой” контакт, общая и тыловая пружины составляют размыкающую контактную группу или “тыловой” контакт. Каждая контактная группа имеет свой номер. Поэтому на электрических схемах впереди номера контактной пружины стоит номер контактной группы.
Обозначение контактов различных реле на схемах и их нумерация приведены в приложении 2.
КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ОСНОВНЫХ ТИПОВ РЕЛЕ.