28. Индукционные реле. Тяговые характеристики индукционного реле.

Индукционные двухэлементные секторные реле переменного тока ДСШ применяют в качестве путевых реле в рельсовых цепях с непрерывным питанием частотой 50 Гц (ДСШ-12) и 25 Гц (ДСШ-13). Их конструкция (рис. 7.4) состоит из двух электромагнитов переменного тока, которые называют местным (МЭ) 1 и путевым (ПЭ) 6 элементами. Сердечники МЭ и ПЭ расположены симметрично друг относительно друга и представляют собой соответственно Ш-образный 1 и П-образный 6 пакеты из листовой трансформаторной стали. Оба элемента закреплены на металлической станине, в воздушном зазоре между ними перемещается в вертикальной плоскости легкий алюминиевый сектор (якорь) 5. Ход сектора ограничивается роликами 4 и 7. К сектору крепится тяга 2, управляющая контактной системой 3. Когда реле выключено, то сектор находится в нижнем положении (у ролика 4). При включении электромагнитов на сектор действует вращающий момент, который перемещает его вверх (к ролику 7), переключая контакты. Фронтовые и тыловые контакты выполнены из графита с серебряным наполнением, а общие контакты – из серебра.

Реле ДСШ относится к I классу надежности, так как его сектор отпускается под действием силы тяжести. У индукционного реле отсутствует явление магнитного залипания якоря.

Электромагниты индукционного реле (рис. 7.5) создают два переменных магнитных потока со сдвигом по фазе на угол φ: Ф1 = Фm1sinωt, Ф2 = Фm2sin(ωt + φ). Потоки Ф1 и Ф2 индуцируют в секторе вихревые токи i1 и i2. Пусть в данный момент времени поток Ф1 направлен за плоскость чертежа (+) и возрастает (↑), а поток Ф2 имеет противоположное направление (-) и убывает (↓). Магнитный поток вихревого тока препятствует изменению порождающего потока. Исходя из этого и, применяя правило правой руки для катушки с током, определим, что токи i1 и i2 направлены против часовой стрелки.

Рис. 7.6. Тяговая характеристика индукционного реле

На проводник с током в магнитном поле действует механическая сила, направление которой определяется по правилу левой руки. Обозначим через f1(f2) силу, возникающую в результате взаимодействия потока Ф1(Ф2) с током i2(i1). В данном случае силы f1 и f2 направлены вправо. Они создают вращающий момент, перемещающий сектор вверх. Таким образом, принцип действия индукционного реле основан на взаимодействии переменного магнитного потока одного электромагнита с током, индуцированным в секторе переменным магнитным потоком другого электромагнита.

Построим тяговую характеристику индукционного реле (рис. 7.6). Токи i1, i2 отстают от потоков Ф1 и Ф2 на 90°. В результате весь период разбивается на восемь участков. На рис. 7.7 для каждого участка показаны характер изменения и направление потоков, токов и сил f1, f2. Силы направлены вправо (участки с нечетными номерами) или в разные стороны (участки с четными номерами). В последнем случае потоки имеют одно направление и одинаковое изменение, а сила, направленная вправо, всегда больше силы, направленной влево. Например, на участке 2 f1 > f2, поскольку Ф1 > Ф2 и i2 > i1. Поэтому результирующая сила fрез=f1+f2 всегда направлена в одну сторону (вправо), и сектор перемещается в эту сторону (а не раскачивается).

Рис. 7.7. Варианты взаимодействия потоков и токов в индукционном реле

Зависимости сил f1 и f2 от ωt (см. рис. 7.6) построены исходя из того, что , если Ф1 = 0 или i2 = 0 , а f2 = 0 , если Ф2 = 0 или i1 = 0 . При этом за положительное направление силы принято направление вправо. График fрез = f1 + f2 - тяговая характеристика индукционного реле.

Силы f1 и f2 изменяются с двойной частотой по сравнению с частотой питающего напряжения. Сила тяги, действующая на сектор, всегда направлена в одну сторону (fрез > 0), и нет вибрации сектора из-за воздействия на сектор двух сил со сдвигом по фазе. Чтобы изменить направление результирующей силы, надо изменить на 180° фазу одного из потоков.

Результирующая сила максимальная при угле φ = 90°. При этом имеют место только нечетные участки, когда силы f1 и f2 направлены в одну сторону (рис. 7.8, а). По этой причине угол сдвига фаз между потоками Ф1 и Ф2, равный 90°, называют идеальным.

Результирующая сила равна 0 при угле φ = 0°. При этом имеют место только четные участки, когда силы f1 и f2 направлены в разные стороны и уравновешивают друг друга ( рис. 7.8, б). Таким образом, чтобы индукционное реле работало, необходим некоторый угол сдвига между магнитными потоками электромагнитов. Поэтому его также называют фазочувствительным.

Рис. 7.8. Частные случаи тяговой характеристики индукционного реле