Электромеханические реле

Электромеханическая элементная база использует в качестве органов реле с контактами. Их работа основана на относительном перемещении механических элементов под воздействием тока, проходящего по обмоткам реле.

В реле электромагнитная энергия поля преобразуется в механическую энергию перемещения подвижной части. Часто используется угловое перемещение α; при этом рассматривается вращающий момент (а не сила) (мгновенное значение), выражение для которого вытекает из уравнений Лагранжа, являющихся уравнениями динамики системы:

где — электромагнитная энергия поля для момента времени t.

Практически используется только изменение магнитной составляющей энергии. Она может быть представлена в следующем виде:

где токи в контурах k и р устройства;

коэффициенты самоиндукции и взаимоиндукции контуров этих токов.

Электромеханические системы могут использоваться для создания реле с одной, двумя и несколькими воздействующими электрическими величинами.

В реле с одной воздействующей величиной (измерительное или логическое реле) осуществляется сравнение вращающего момента с заданным противодействующим моментом , как правило, создаваемым пружиной. Приходится также учитывать момент , определяемый трением, который, как и препятствует срабатыванию реле, но в отличие от последнего препятствует и возврату.

В реле с двумя и более воздействующими величинами применительно к измерительным реле осуществляется сравнение сформированных из них величин между собой. Принципиально для таких реле вреден, так как требует для срабатывания больших значений входных величин. Однако практически иногда создается (безмоментной пружиной) для обеспечения четкого положения подвижной части реле в начальном состоянии (при отсутствии воздействующей величины).

Для срабатывания и возврата электромеханического реле на всем пути перемещения подвижной части должны выполняться соответственно условия и . Возможные при работе реле соотношения моментов в функции угла поворота показаны на рис. 2.4, а.

Момент принят не зависящим от угла , а нарастающим с увеличением и имеющим при , избыточное значение над суммой . Принятый характер изменения обеспечивает «опрокидывание» подвижной части (начав движение, она не задерживается в промежуточном состоянии) и необходимое нажатие в контакте реле. При этом говорится о наличии положительной обратной связи — возрастает при притягивании якоря, а сам режим называется релейным. Такое же целесообразное опрокидывание обеспечивается и при возврате.

Важным коэффициентом, характеризующим рассматриваемую работу реле как ИО, является его коэффициент возврата , определяемый отношением значения величины возврата к значению величины срабатывания. Для максимальных реле (органов) , определяемый для точки , как соответствующей завершенному срабатыванию, будет характеризоваться отношением:

Коэффициент для ИО, как будет видно из дальнейшего, в целях повышения чувствительности защит желательно иметь по возможности близким к единице. Его отклонение от единицы определяется и .

Для часто используемых на практике электромагнитных реле тока типа РТ-40 соответствующие зависимости даны на рис. 2.4, 6.

Для логических реле значение является не столь существенным, как для измерительных. Это определяется тем, что при возврате логических реле, который обычно происходит после возврата измерительных реле,

Необходимо отметить, что имеется ряд разновидностей измерительных реле, у которых затруднительно обеспечить «опрокидывающий» характер зависимости (рис. 2.4,в). Это является, как следует из изложенного, их недостатком. Практически это бывают индукционные реле с цилиндрическим ротором с двумя и более воздействующими величинами, которые принципиально не нуждаются в противодействующей пружине. Угол поворота выбирается при этом весьма небольшим. Все это определяет у таких реле приемлемые условия работы и . Значения вращающих электромагнитных моментов определяются выполнением магнитной системы и МДС обмоток; под обмоткой при этом понимается совокупность витков w с одним и тем же током. Промышленность стремится использовать одни и те же магнитные системы для осуществления измерительных реле с разными характеристиками.

Мощности, потребляемые электромеханическими реле, относят к номинальным условиям или условиям срабатывания. Для логических реле условия срабатывания обычно соответствуют примерно номинальным. Поэтому для них мощности потребления даются для номинальных условий. Для измерительных реле характерной является мощность, потребляемая в условиях срабатывания, которая обычно отличается от номинальной.

Для реле с одной обмоткой (например, измерительного реле тока, питаемого током одного ТА) мощность в условиях срабатывания определяется значением электромагнитного момента .

Для реле с двумя обмотками с разными токами I1 и I2 условие срабатывания определяется произведением токов I1 и I2, создающих пропорциональные им МДС . Мощности, потребляемые обмотками в условиях срабатывания пропорциональны квадратам соответствующих МДС. Поэтому срабатывания рассматриваемого реле характеризуется соотношением .