19.3.3. Електромагнітні реле постійного струму
Реле постійного струму в пристроях СЦБ набули найбільш широкого поширення, оскільки вони прості по пристрою і надійні в роботі. Електромагнітні реле постійного струму підрозділяються на нейтральних, поляризованих і комбінованих.
Нейтральне реле спрацьовує незалежно від напряму струму в обмотці. Якір реле притягується, перемикаючи контакти при будь-якій полярності струму, а при виключенні струму повертається у вихідний стан. Таким чином, нейтральне реле є двопозиційним. В пристроях залізничної автоматики і телемеханіки широко застосовують малогабаритні реле з штепсельним включенням типу НМШ (нейтральне, малогабаритне, штепсельне).
Поляризоване реле відрізняється від нейтрального в основному наявністю в магнітній системі постійного магніту. Воно має поляризований якір, який перемикається, залежно від напряму (полярності) постійного струму, що протікає по обмотках котушок реле.
Пристрій і нумерація контактів поляризованого реле розглянемо на прикладі пускового малогабаритного поляризованого штепсельного реле типу ПМПШ-150/150, яке застосовують в схемах управління стрілочним електроприводом (рис. 19.3.3). Слід зазначити, що у відмінності від нейтрального реле контакти поляризованого реле зображаються вертикально і нумеруються трьома цифрами.
Рис. 19.3.3. Пристрій і нумерація контактів поляризованого реле
Магнітна система поляризованого якоря складається з котушок 1, надітих на сердечник 2, постійного магніта 3 і поляризованого якоря 4. До якоря шарнірно прикріплена ізоляційна тяга 5, за допомогою якої перемикаються контакти з одного нормального (н або ну) положення в інше, переведене (п або пу). Додана в позначеннях контактів буква у означає, що ці контактні – посилені. Кожен посилений контакт забезпечує не менше 10 тис. перемикань коло постійного струму 4 А при напрузі 240 В, а контакти н і п комутують електричні колои постійного струму 2 А при напрузі 24 В.
За відсутності струму в обмотках якір стримується потоками постійного магніту в тому положенні, в якому знаходився у момент виключення струму. Якір реле (см. рис.19.3.3) показаний в нормальному положенні. У цьому стані загальні контакти о замкнуті з нормальними контактами н. Магнітний потік ФП постійного магніта 3 розгалужується по двох паралельних гілках (показано суцільною лінією) у вигляді потоків ФП1 і ФП2. Вони були б рівні, якби якір займав середнє положення. Проте якір завжди знаходиться в одному з крайніх положень. При цьому завдяки збільшенню повітряного зазору справа і зменшенню зліва потік в лівому стрижні перевищує потік в правом. За рахунок різниці потоків ∆ФП = ФП1 - ФП2 якір стримується в лівому положенні. Потік ФК, створюваний котушками, завжди в одному стержні складається з потоком постійного магніту, а в іншому – віднімається. Для того, щоб якір перемкнувся в праве положення, необхідно по обмоткам котушок пропустити струм такої полярності, щоб магнітні потоки постійного магніту і котушок складалися в правому стрижні, а в лівому – віднімалися. Після виключення струму якір залишається в цьому положенні, оскільки тепер потік ФП2 перевищуватиме потік ФП1. Для повернення якоря в колишнє положення необхідно пропустити струм іншої полярності.
Комбіноване реле є поєднанням нейтрального і поляризованого реле із загальною магнітною системою. При проходженні через обмотки струму будь-якої полярності нейтральний якір притягується, внаслідок чого замикаються керовані їм фронтові контакти. Перемикання поляризованого якоря і замикання керованих ним контактів відбувається залежно від полярності струму, що протікає через обмотки реле.
Комбіноване малогабаритне штепсельне реле типа КМШ (рис. рис.19.3.4, а і б) складається з двох котушок 3, надітих на сердечник з ярмом 5, нейтрального якоря 2 і постійного магніта 4, з яким пов'язаний поляризований якір 7. Реле закривається кожухом 6 з ручкою 1.
Рис. 19.3.4. Пристрій і нумерація контактів комбінованого реле
За відсутності струму в обмотках реле нейтральний якір 2 (рис. 19.3.4, б), не пов’язаний з потоком постійного магніта, знаходиться у відпущеному положенні; його загальні контакти замкнуті з тиловими. При проходженні по обмоткам струму будь-якого напряму нейтральний якір притягується, і його загальні контакти замикаються з фронтовими. Таким чином, нейтральний якір комбінованого реле діє так само, як і якір звичайного нейтрального реле.
Поляризований якір 7 управляється магнітними потоками постійного магніту і котушок аналогічно поляризованому реле. При включенні струму прямої полярності відбувається переміщення поляризованого якоря вгору (з ліва) і замикання загального контакту о с н, як показано на рисунку. При струмі зворотної полярності і переміщенні поляризованого якоря вгору (з права) загальний контакт о замикається з нижнім контактом П.
Пристрій контактної системи нейтрального і поляризованого якорів реле КМШ аналогічно реле НМШ і НМПШ. Нумерація контактів реле КМШ показана на рис. 19.3.4, в.
Комбіноване реле є трипозиційним, оскільки воно може знаходитися в трьох різних станах: без струму, збуджено струмом прямої або зворотної полярності.
Контактні реле безперервно удосконалюються. Розроблені на базі уніфікованої конструкції реле РЕЛ I класу надійності в порівнянні з реле НМШ має менші габарити і масу, надійніші в роботі, тому реле цього типа знайшли широке застосування в пристроях залізничної автоматики і телемеханіки поряд з реле типу НМШ.
Конструктивні особливості цих реле розглянемо на прикладі реле РЕЛ1-1600 (рис. 19.3.5), що має наступні основні частини: розгалужену магнітну систему, що складається з якоря 1, ярма 13, двох сердечників 3, на кожному з яких розміщено дві котушки 4, антимагнітну пластину для виключення магнітного залипання якоря 14, штепсельні виводи 5 для підключення обмоток, внутрішні виводи 6 для з'єднання виводів чотирьох котушок; контактні системи, що складаються з фронтового 12, рухливого 11 і тилового 10 контактів; міжконтактні ізоляційні пластмасові прокладки 9; пластмасова підстава 7 з планкою вибірковості 15; направляючі штирі 8; прозорий ковпак 2.
Рис. 19.3.5. Реле РЕЛ1-1600
Особливістю конструкції цього реле є рухливе кріплення вантажу на якорі. В результаті при вібрації корпусу реле вантаж вільно переміщається і не діє на якір, контакти не розмикаються. Навіть при перекиданні реле якір не переміщається.
Штепсельний роз'єм реле виключає можливість установки іншого типу реле. Це досягається установкою планки вибірковості 15 з десятьма кодовими отворами, в які входять відповідні п'ять штирів з боку плати реле. Число можливих комбінацій установки штирів визначається піт закону поєднань з десяти по п'ять і складає 252. Реле РЕЛ, як правило мають шість контактних груп на перемикання і дві на замикання (6 фТ, 2 ф).
По своїх електричних характеристиках реле РЕЛ близькі до реле НМШ, що дозволяє в більшості випадків застосовувати їх замість реле НМШ.
Електромагнітні реле с термоелементом типу НМШТ має таку ж конструкція, як і реле типу НМШ, але в його корпус вмонтований термічний елемент. При замиканні коло живлення струм спочатку проходить через тиловий контакт термічного елементу і обмотку допоміжного реле, яке контролює охолоджений стан термоелемента. Притягуючи якір, допоміжне реле включає коло струму в обмотку термоелемента, який після нагрівання виробляє перемикання контакту з тилового на фронтовій. Час нагріву до замикання фронтового контакту при номінальній робочій напрузі 8 – 18 с. Після повного нагріву і замикання фронтового контакту термічний елемент включає основне реле НМШТ.
Реле з термоелементом застосовують в схемах автоблокування і електричної централізації для здобуття великої витримки часу на спрацьовування.
Індукційні двоелементні секторні реле типу ДСР (ДСШ) використовують як правило в станційних рейкових колах змінного струму частотою 50 і 25 Гц. Ці реле відносяться до I класу надійності. Особливостями цих реле найперше є наявність рухомого сектора взамін якоря. По-друге, реле цього типу відносяться до фазочутливих колійних приймачів, спрацювання яких залежить не тільки від величини, але й від фази сигналу.
Електромагнітна система фазочутливих колійних реле складається з двох елементів: місцевого і колійного. Кожен елемент має наступні основні частини (рис. 19.3.6): місцевий елемент, що складається з двох сердечників 1 і 2, з обмотками 3 і 4; колійний елемент 5 у вигляді сердечника з обмотками 6, які включаються до рейкового кола; алюмінієвий сектор 7 з радіальними прорізами та противагою, розташований поміж кінцями полюсів сердечників місцевого та колійного елементів.
При проходження струму Ім від затискувачів 1 і 2 за обмотками 3, 4 місцевого елементу (рис. 19.3.6, а) створюється магнітний потік Фм, що співпадає за фазою із струмом Ім. Змінний магнітний потік Фм, що пересікає сектор 7, індукує у ньому вихрові струми, котрі завдяки прорізам сектору (рис. 19.3.6, б) проходять під полюсами колійного елементу у вигляді загального струму Ісм в одному напрямку. Вектор струму Ісм відстає на 90° від вектору Ім.
У випадку проходження струму за обмотками 5, 6 колійного елементу Іп створюється магнітний потік Фп. Вектори струму Іп і потоку Фп для отримання максимального обертального моменту співпадають за фазою зі струмом сектору iсм. Завдяки взаємодії струму iсм з потоком Фп створюється тягове зусилля, що виштовхує сектор до упору. Такий стан сектору зберегається, доколи в місцевій і колійної обмотках тече струм.
При русі сектору в верхнє положення обертається контактна колодка, розмикаючи тилові і замикаючі фронтові контакти.
Векторна діаграма реле ДСР наведена на рис. 19.3.6, в.
Рис. 19.3.6. Магнітна система, схема обмоток і векторна діаграма реле типу ДСР
У відміну від реле ДСР сектор реле ДСШ не має прорізів. Індуковані струми в секторі створюються безпосередньо під полюсами колійного елементу і направляти їх під ці полюси не треба.
Слід підкреслити високу захищеність фазочутливих колійних реле від перешкод, завдяки їх частотній і фазовій вибірковості.