21. Построение временных диаграмм работы реле
Процессы, которые происходят при притяжении и отпускании якоря реле, удобно отображать на специальных временных диаграммах (рис 5.4). При срабатывании реле происходит три события, которым соответствуют точки на временной диаграмме (рис. 5.4, а): точка 1 – момент срабатывания реле; точка 2 – момент размыкания тылового контакта; точка 3 – момент замыкания фронтового контакта. Отрезок 1-2 соответствует времени tтр пр (см. п. 2.3), отрезок 2-3 – tпер пр, отрезок 1-2 – tпр. При обесточивании реле также происходят три события: точка 4 – выключение обмотки реле, точка 5 – момент размыкания фронтового контакта, точка 6 – момент замыкания тылового контакта. Отрезок 4-5 соответствует времени tтр отп, отрезок 5-6 – tпер отп, отрезок 4-5 – tотп. Заштрихованная площадь на диаграмме представляет собой время (отрезок 1-4), в течение которого по обмотке реле протекает ток.
На рис. 5.4, б приведена временная диаграмма для мостового контакта (см. рис. 3.2. г). При срабатывании реле у него сначала (во времени) замыкается фронтовой контакт (точка 3), а затем размыкается тыловой (точка 2). При обесточивании реле сначала замыкается тыловой контакт (точка 6), а затем размыкается фронтовой (точка 5).
Временные диаграммы используют для записи работы релейно-контактных схем. Работа пульс-пары (рис. 5.5, а) генератора импульсов на двух реле А и В отображена на временной диаграмме (рис. 5.5, б). В момент нажатия кнопки S срабатывает реле А (точка 1). При замыкании фронтового контакта 11-12 А (точка 3) срабатывает реле В (точка 1'). Размыкание тылового контакта 11-13 В (точка 2') приводит к обесточиванию реле А (точка 4). При размыкании контакта 11-12 А (точка 5) обесточивается реле В (точка 4'), а при замыкании контакта 11-13 В (точка 6') опять срабатывает реле А и работа схемы повторяется до тех пор, пока нажата кнопка S. Лампа EL периодически включается контактом 21-22 А.
Рис. 5.4. Временные диаграммы работы реле
Рис. 5.5. Схема пульс-пары и временная диаграмма ее работы
Временные диаграммы являются наиболее детальным способом записи работы релейно-контактных схем, который отражает все события, происходящие в ее работе, и позволяет рассчитывать временные характеристики схемы. Например, зная временные параметры реле А и В, можно рассчитать время, в течение которого горит (tимп) и не горит (tинт) лампа EL:
tимп = t(1’ – 2’) + t(4 - 5) = tтр. пр. В + tтр. отп. А,
tинт = t(4’ – 6’) + t(1” – 3”) = tотп. В + tпр. А,
Рис. 5.8. Временная диаграмма работы схемы с мостовыми контактами
Для схемы (рис. 5.7) с мостовыми контактами построена временная диаграмма (рис. 5.8). По ней можно определить время горения ламп EL1 и EL2 соответственно: t1 = tотп.А – tпер.пр.Д; t2 = tтр.пр.С
22. Поляризованные реле, их классификация и режимы работы.
Работа поляризованных реле, в отличие от нейтральных, зависит от полярности подключения полюсов питающей батареи к выводам рабочей обмотки. Это достигается вследствие действия в магнитной цепи реле двух независимых магнитных потоков: поляризующего Фп и рабочего Фр. Поток Фп создается постоянным магнитом или специальной (второй) поляризующей обмоткой и действует в магнитной цепи постоянно. Поэтому при отсутствии тока в рабочей обмотке на якорь действует сила притяжения, создаваемая потоком Фп.
Поляризованные реле имеют два преимущества по сравнению с нейтральными: способность решать функционально более сложную задачу – реагировать не только на значение питающего тока, но и на его полярность; более высокое быстродействие и высокая чувствительность. Это определяется тем, что в магнитной цепи поляризованного реле существует постоянное подмагничивание потоком Фп. Поэтому при включении рабочей обмотки и появлении потока Фр общий магнитный поток достигает значения срабатывания реле быстрее, чем у нейтрального реле. Конструкция большинства поляризованных реле выполнена так, что постоянная времени их обмоток мала, ход якоря невелик, а сам якорь изготавливают легким.
В зависимости от схемы магнитной цепи поляризованные реле делят на реле с последовательной, параллельной (дифференциальной) и с мостовой цепями. В последовательной схеме (рис. 6.1) потоки Фп и Фр проходят по общей цепи. Если рабочая обмотка 2 отключена, то в магнитной цепи действует только поток Фп, создаваемый постоянным магнитом 1 (рис. 6.1, б). Их МДС недостаточны для срабатывания якоря 3, поэтому Фп < Фср, и замкнут нормальный контакт НК. Если полярность подключения рабочей обмотки такова, что в воздушном зазоре потоки Фп и Фр имеют встречное направление, то общий поток меньше Фп, и якорь остается в прежнем положении. При этом Фп + Фр > Фср, и якорь переключается, замыкая переведенный контакт ПК. При отключении рабочей обмотки якорь возвращается в исходное положение вследствие собственной массы или возвратной пружины. Такой режим работы поляризованного якоря, когда после отключения рабочей обмотки он возвращается в исходное положение, называют режимом с преобладанием. В данном случае режим с преобладанием обеспечивается нормальным контактом НК.
Рис. 6.1. Схемы последовательной магнитной цепи
Рис. 6.2. Схема дифференциальной магнитной цепи реле ПМПШ и его релейная характеристика
Подобные реле называют еще однополярными, так как у них якорь переключается только при одной полярности тока. Недостаток конструкции реле (см. рис. 6.1, а) заключается в том, что рабочий поток проходит через постоянный магнит, выполненный из магнитотвердого материала и имеющий большое магнитное сопротивление. Поэтому значительная часть МДС рабочей обмотки затрачивается на преодоление потока по постоянному магниту, чувствительность таких реле сравнительно невелика. Реле (см. рис. 6.1, б) не имеет этого недостатка, но есть другой – потребление тока при обесточенной рабочей обмотке.
В реле с дифференциальной магнитной цепью (рис. 6.2, а) имеются два воздушных зазора δ1 и δ2. Поляризующий поток разветвляется по двум параллельным цепям Фп1 и Фп2 и имеет разное направление (по часовой стрелке и против) в зазорах δ1 и δ2. Рабочий поток Фр имеет одно направление в обоих зазорах и не ответвляется в цепь магнита, поскольку его магнитное сопротивление велико. Если электромагнит включен и δ2 > δ1, то Фп2 > Фп1 и f2 > f1, где f1, f2 – силы, действующие на якорь в зазорах δ1 и δ2. На якорь действует разность сил, возникающих в воздушных зазорах, и якорь удерживается у правого сердечника.
При включении электромагнита с полярностью, указанной на рис. 6.2, а, поток Фр направлен против часовой стрелки. Результирующие потоки в воздушных зазорах Ф1 = Фр + Фп1; Ф2 = Фр - Фп2. МДС рабочей обмотки рассчитывается так, чтобы Ф1 > Ф2 и f1 > f2. В результате чего якорь переключается к левому сердечнику и контакты переключаются. После отключения электромагнита якорь сохраняет свое положение благодаря МДС постоянного магнита, так как δ1 < δ2. Такой режим работы поляризованного якоря называют режимом с удержанием или режимом с нейтральной регулировкой (рис. 6.2, б). Среднее положение якоря между полюсами сердечников, когда результирующая сила равна нулю и оба контакта НК и ПК (см. рис. 6.2, а) разомкнуты, является устойчивым при выключенной рабочей обмотке (ОК – общий контакт). Это положение можно сохранить, если использовать специальную удерживающую пружину. В этом случае режим работы поляризованного якоря называют трехпозиционным.
На рис 6.2, а показана магнитная цепь реле ПМПШ-150/150. Постоянный магнит изготавливают из магнитотвердого материала типа Альнико, представляющего собой сплав алюминия, никеля и кобальта. Реле имеет два усиленных металлокерамических контакта с магнитным дутьем (см. рис. 3.9), которые используют в пусковых цепях стрелочных электродвигателей, и два неусиленных переключающих контакта. Электрические характеристики реле: рабочее напряжение 24 В; напряжение переключения якоря реле 10-16 В. Реле ПМПШ не относится к реле I класса надежности, так как не выполняется основное требование: возвращение якоря в исходное положение под действием силы тяжести. Поэтому в схемах, обеспечивающих безопасность, необходимо контролировать его работу.
Рис. 6.3. Магнитная система импульсного реле
Мостовую магнитную цепь (рис. 6.3) применяют в железнодорожных импульсных реле типа ИМШ. Они представляют собой быстродействующие электромагнитные реле, реагирующие на короткие импульсы тока. Это свойство и определило называние реле. Их используют в качестве путевых реле в импульсных рельсовых цепях. Реле типа ИМШ1 работает от импульсных сигналов постоянного тока. Реле типа ИМВШ-110 имеет выпрямитель, поэтому его применяют в рельсовых цепях переменного тока.
Магнитная система импульсного реле имеет якорь 3, который представляет собой плоскую упругую пружину, находящуюся внутри катушки с обмоткой 6; постоянный магнит 5; два магнитопровода 7, имеющие две пары полюсных наконечников в виде винтов 4, 1, 9, 8; пружину 2 общего контакта, укрепленную на якоре. Магнитная цепь называется мостовой, так как имеет четыре воздушных зазора δ1, δ2, δ3, δ4, которые образуют плечи моста. Воздушные зазоры изменяю перемещением полюсных наконечников.
При выключенной обмотке в магнитной цепи действует поляризующий поток Фп. Поскольку δ1 < δ2 и δ3 < δ4, то f1 >f2, f3 > f4, и концы якоря притягиваются к сердечникам 4 и 9. Замкнут контакт Н. При подключении к обмотке напряжение, полярность которого указана на рис. 6.3., возникает рабочий поток Фр (штриховая линия) такого направления, что в зазорах δ2 и δ4 потоки Фр и Фв складываются, а в зазорах δ1 δ3 – вычитаются. Поэтому f2 > f1, f4 > f3, и якорь переключается к сердечникам 1 и 8. Замыкается контакт П.
Импульсное реле работает в режиме с преобладанием – при обесточивании реле якорь возвращается в исходное положение, и замыкается контакт Н. Это достигается благодаря несимметричному расположению полюсных наконечников и контакта относительно оси крепления якоря. Это расположение таково, что даже при переключении якоря к контакту П оказывается, что δ1 < δ2 и δ3 < δ4. Поэтому при обесточивании реле имеют место неравенства f1 > f2, f3 > f4, и якорь возвращается к контакту Н.
Поляризованные реле с мостовой магнитной цепью обладают наибольшими чувствительностью и быстродействием, поскольку силы притяжения действуют согласно на оба конца якоря, и якорь выполнен легким (с небольшими площадью сечения и массой) без опасности его насыщения, так как поляризующий поток направлен не вдоль, а перпендикулярно плоскости якоря.
Реле ИМШ1 и ИМШВШ-110 имеют один контактный тройник. Контакты изготавливают из металлокерамического сплава СрКд86-14. Эти реле относятся ко II классу надежности. Их используют в ответственных схемах (рельсовые цепи) с контролем импульсного характера работы реле. Напряжение переключения якоря реле ИМШВ-110 2-2,3 В; напряжение возврата якоря 1,0 В.