противлением, диодом или емкостью (рис. 14.12, б, г, и д) приводит к замедлению процесса отпускания реле. Обозначим через Еотл и Тотл— соответственно индуктивность и постоянную времени обмотки реле при зазоре 6mln, равном высоте штифта отлипания.
Для создания реле времени широко применяют схему, приведен
ную на рис. 14.12, д. Емкость С и сопротивление |
подбирают, ис |
ходя из условия |
|
|
с (Roe -Ь Ri) |
4^-отл |
|
> |
|
|
^об + Ri |
|
которое обеспечивает апериодический процесс снижения тока в об мотке управления, а следовательно, и увеличение ^тр. При срабаты-
Рис. 14.12. Схемные методы изменения времени срабаты вания и отпускания реле
вании зарядный ток емкости создает дополнительное падение напря жения на Ддоб, в результате чего к обмотке подается пониженное напряжение, и ітр при срабатывании также возрастает. Этим методом удается увеличить время срабатывания и отпускания до 0,5—1,0 сек.
Конструктивные методы, уменьшающие временные параметры реле, сводятся к снижению массы подвижных частей и предотвра щению протекания вихревых токов в толще магнитопровода, для чего магнитопровод, подобно трансформатору, набирают из пластин. Уско рению отпускания способствует увеличение высоты штифта отлипа ния, так как это снижает индуктивность обмотки в притянутом поло жении якоря, а следовательно, и Тогл. Для ускорения срабатывания применяют также ускоряющую обмотку дауск (рис. 14.13, а), создаю щую мощную н. с. с небольшой постоянной времени. Однако wycK рас считана по нагреву лишь на кратковременное включение. Поэтому после срабатывания реле размыкает контакты KP и включает после довательно с wуск удерживающую обмотку w7R, рассчитанную на дли-
тельное включение и создающую н. с., которой достаточно для удер жания якоря в притянутом состоянии.
Для замедления работы реле широко используют короткозамк нутые обмотки или медные втулки, часто одновременно выполняю щие роль каркаса обмотки (рис. 14.13, б).
В общем случае магнитный поток реле создается н. с. тока основной обмот ки і и тока короткозамкнутой обмотки <кз:
Ф: iw + t'n3 tt>K3 |
(14.29) |
гд.е Rm —магнитное сопротивление магнитопровода реле при зазоре бо*
К
U
W^ W \
У
а)
Рис. 14.13. Конструктивные методы изменения времени срабатывания и отпускания реле
При включении основной обмотки под напряжение по закону Кирхгофа можно записать;
|
|
|
U — iR |
|
£ІФ |
|
|
|
|
(14.30) |
|
|
|
w ———j |
|
|
|
|
|
|
0 — /цз ^кз + а’кя |
^ |
■ |
|
|
|
(14.31) |
Подставив в выражение (14.29) значения токов і |
и /кз, найденные |
из (14.30) |
и (14.31), |
после преобразований |
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Т’об + |
г нзо) |
+ |
Ф = |
Фр, |
|
|
(14.32) |
где Тоь = |
wä |
|
|
|
времени |
основной |
обмотки |
при б = б0; |
|
—— - — —постоянная |
|
|
“об “мо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^кз |
—постоянная |
времени |
обмотки |
шкз при |
б = б0 |
(для |
втул- |
Гкз о — ~5— 5 |
|
АКЗ АмО |
ки |
_ |
1); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фр—установившееся значение |
потока, |
соответствующее |
ра- |
|
|
бочему току обмотки |
|
реле |
и равное — |
Uw |
|
|
|
|
|
--------. |
|
|
Из (14.32) следует, что поток в реле будет нарастать |
R-оЪ Rмо |
|
|
медленнее, чем при от |
сутствии обмотки w[<3, и время (тр, за которое поток создаст усилие, превышаю щее противодействующее усилие пружин, возрастает.
При безыскровом разрыве цепи основной обмотки поведение реле описы вается только уравнением (14.31), так как ток в основной обмотке исчезает прак тически мгновенно. Уравнение (14.31) может быть также записано в виде
СІI к з
О = ' к з R k3 '1 ^ ИЗ .. »
р е ш е н и е |
которого |
|
|
і |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i m = |
/кз й |
Г к з - отл , |
|
(14.33) |
где |
г'нз и Іт — переходный и начальный токи |
обмотки wm ', |
положении |
|
7\:3. отл — постоянная времени |
этой |
обмотки в |
притянутом |
|
Если |
якоря. |
|
обмотками принять равным единице, то, |
|
коэффициент связи между |
умножив (14.33) на wKJw, получим для процесса отпускания (14.33) |
выражение |
|
|
|
|
_____t |
|
|
|
|
|
і = |
/р е |
‘ ка °тл |
, |
|
|
где |
(р — установившийся ток в обмотке реле, |
откуда |
время трогания при от- |
|
|
пусканиии |
|
|
|
|
|
|
|
|
Чр = |
TKZ отл ln |
— • |
|
(14.34) |
|
|
|
|
|
' о т л |
|
|
Отметим, что изменение срабатывания и отпускания можно до стигать также изменением времени движения путем соответствующих изменений массы подвижных частей реле, жесткости пружин, рас стояний, на которые перемещаются подвижные части, и т. п.
Реле времени на десятки секунд и минуты осуществляют с по мощью гидравлических тормозных устройств, часовых механизмов, комбинаций электромагнитных реле с электронными лампами и т. п. Ш.
§ 14 6 ТИПЫ РЕЛЕ. ВЫБОР РЕЛЕ ПО ИСХОДНЫМ ДАННЫМ
Электромагнитные реле являются одним из распространенных элементов многих систем автоматики и телемеханики. Отечественной промышленностью выпускается свыше 200 типов только реле постоян ного тока. Причем один из типов (РПН) имеет около 800 модификаций, отличающихся сопротивлением и числом обмоток, числом и видом контактных групп, временными параметрами и т. п.
По величине потребляемой при срабатывании мощности реле мож но подразделить на высокочувствительные (до 10 мет) и слаботочные нормальной чувствительности (до 1—5 вт).
По величине коммутируемой мощности различают реле малой мощности (до 50 вт постоянного или 120 ва переменного тока), про межуточные (до 150 вт постоянного или 500 ва переменного тока)
исиловые реле-контакторы (500 вт и выше).
Кэлектромагнитным реле предъявляют разнообразные требова ния, которые не всегда удается удовлетворить в одной конструкции. Прежде всего задаются требования чувствительности и коммутируе мой мощности. Часто реле должны иметь малые габариты,.большое число переключаемых цепей (контактов), обладать большим сроком службы и достаточной надежностью работы в условиях вибрации, при резких колебаниях температуры и влажности, малым временем сра-
батывания и отпускания реле, а иногда и значительной выдержкой времени при срабатывании или отпускании. Кроме того, при одних п тех же коммутационных возможностях и неизменных н. с. послед ние должны получаться при самых разнообразных сочетаниях «ток — - число витков», необходимых для согласования с предыдущими устрой ствами (например, реле, включенные в анодные цепи электронных ламп, должны иметь сопротивление обмоток несколько килоом, а с транзисторами — лишь десятки-сотни ом).
Разнообразием требований и объясняется большая номенклатура типов реле и их модификаций.
Ограничимся перечислением лишь наиболее распространенных типов реле, дав им общие характеристики [3.3].
Наибольшее распространение в аппаратуре автоматики, телемеханики и связи получило реле с плоским сердечником РПН (реле плоское нормальное).- Магнитная система реле, выполненная по рис. 14.6, б, сотоит из штампованного сердечника сечением 4X10,5 мм2 с обмоткой и плоского якоря сечением 1,8Х Х23 мм2, огибающего обмотку. Относительно большая масса якоря (34 г) позво ляет использовать это реле лишь в стационарных условиях, так как оно нор мально работает только в вертикальном положении (для исключения веса яко ря) и в условиях отсутствия сотрясений.
Контактная система реле РПН состоит из одной, двух или трех контактных групп; каждая группа может иметь от двух до шести контактных пружин с кон тактами. Концы контактных пружин раздвоены и снабжены серебряными контак тами. Сдвоенные контакты обеспечивают повышенную надежность работы. Пу тем изменения набора штифтов, передающих усилие от якоря к контактным пру жинам, достигают самого разнообразного сочетания размыкающих KP, замы кающих КЗ и переключающих КП контактов.
Замедленные реле РПН имеют на сердечнике под основной обмоткой короткозамкнутую обмотку из провода диаметром 0,5 мм. Для изменения выдержки вре мени число витков этой обмотки может быть различным (два, четыре или шесть слоев провода). На конце сердечника таких замедленных реле сделаны отметки (соответственно Klt К2 или /С3).
Данные обмотки (.число витков, сопротивление, диаметр и марка провода) наряду с маркой завода и номером паспорта реле по каталогу выносят из эти кетку катушки. Размеры и общий вид реле РПН показаны на рис. 14.14, а не
которые параметры приведены в табл. 14.5. |
|
Т а б л и ц а |
14.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Параметры реле |
|
|
|
Тип реле |
|
|
|
|
РПН. РКН |
МКУ-48 1 КДР |
РМУ |
РЭС [ Ü |
|
|
|
|
|
Количество |
контактных |
2—3 |
2 |
5 |
2 |
1 |
групп ........................................... |
Количество |
коммутируемых |
6—8 |
4—8 |
15 |
4 |
I |
цепей (максимальное) . . . . |
Мощность срабатывания, |
вт |
0 ,1 -0 ,8 |
0,5—5,6 |
1—5 |
0,6—0,7 |
0 ,2 -0 ,3 |
. Напряжение, подводимое к |
До 60 |
До 220 |
До 220 |
27 |
6—27 |
обмотке, в ................................... |
Ток срабатывания, ма . . . |
1,3-750 |
4,5—200 |
12—650 |
8 -3 2 |
6 |
Разрываемая |
мощность |
по- |
12 |
50 |
120 |
27 |
65 |
стоянного тока, |
вт ................ |
Максимальный |
длительный |
0,2 |
5,0 |
3,0 |
1,0 |
2,9 |
ток через контакты, |
а . . . . |
Допустимое |
напряжение |
на |
60 |
220 |
220 |
27 |
32 |
контактах, в ............................... |
Время срабатывания, мсек . |
4—120 |
10—30 |
15—180 |
До 25 |
5 |
Время отпускания, мсек . . |
8—600 |
4—15 |
До [Осек |
— |
— |
Вес, |
г ....................................... |
240—290 |
550 |
430—1 кг |
70 |
7 |
12 Зак. |
523 |
|
|
|
|
|
|
|
353 |
Реле РПН имеет простую конструкцию, почти все детали его штампованные. Оно примерно в два раза дешевле маломощных реле других типов при одинако вых чувствительности и коммутационных возможностях. Реле РПН выпускают одно-,двух- и трехобмоточными, а для использования в цепях переменного тока— с селеновым выпрямителем РПСВ.
Другим распространенным типом реле является реле с круглым точеным
сердечником |
РКН (реле круглое нормальное). Реле, |
выполненное по схеме |
рис. 14.6, а, |
имеет значительно меньшую массу якоря |
и большую жесткость |
возвратной пружины, чем РПН, что позволяет применять его на подвижных объектах при вибрации мест крепления с частотой 30 гц и ускорениях до 1,8g.
Контактная система реле РКН состоит из одной или двух контактных групп; каждая группа может иметь до девяти контактных пружин и аналогична пло скому реле.
Замедление реле РКН осуществляется массивными медными втулками раз личной длины, помещенными на сердечниках. Для регулировки постоянной вре мени Ткя отл якорь снабжают регулируемым штифтом отлипания в виде винта. Габариты реле РКН: 95X56, 6X25,6 мм3. Некоторые параметры реле РКН при ведены в табл. 14.5.
Реле РКН имеет ряд модификаций. Модификация РКМ-1 (реле круглое ма логабаритное) предназначена для работы в переносной и подвижной аппаратуре автоматики. По конструкции оно похоже на реле РКН, но отличается меньши ми габаритами (75X37X22 мм3). Реле РКН и РКМ-1 могут работать в условиях колебаний температуры ±40° С и относительной влажности до 98% при 20° С.
Реле РКМП предназначено для эксплуатации в передвижных |
установках |
в условиях колебаний температуры —60 -г +70° С, повышенной |
влажности |
/воздуха до 98% при температуре 15—40° С, вибрации мест крепления с частотой '20—70 гц при ускорениях 5g, центробежных ускорений до 10g и атмосферного давления до 150 мм pm. cm. Реле выдерживает ударную тряску с ускорением до
75g (2000 ударов).
Реле РПН и РКН представляют собой многоконтактные реле с достаточной , чувствительностью (мощность срабатывания до 1 вт), но с относительно неболь- ! шой мощностью переключаемых цепей (до 12 вт постоянного тока).
Для переключения цепей большей мощности при работе в стационарных условиях служат реле МКУ-48 (многоконтактное унифицированное). Реле пред-
. назначены для работы при температуре окружающей среды 10—35° С и относи- 'тельной влажности воздуха 60—70% , но могут работать и в более тяжелых усло виях, Обмотка реле может питаться от сети как постоянного, так и переменного
Рис. 14.15, Конструкция миниатюрного реле РЗС10
тока напряжением 12, 24, 36, 60, 110, 127, 220 и 380 в. Потребляемая катушкой мощность не более 3 вот на постоянном и не более 7,5 ва на переменном токе. Раз рывная мощность контактов этих реле в цепях постоянного тока 50 вот, а в цепях переменного тока 500 ва.
Модификация реле МКУ-48С рассчитана на работу при температуре среды до 50° С и повышенном до 110% от номинального напряжения сети. Реле вы пускают с различными наборами контактов (KP, КЗ, КП), допускающими ком мутацию 4—8 цепей. Реле МКУ-48 изготавливают в пластмассовом корпуса с габаритами 129X113X54,5 мм3.
Другим типом реле повышенной мощности являются реле КДР (кодовые диспетчерские реле), получившие свое название от устройств железнодорожной диспетчерской централизации, в которых они впервые были применены. Реле КДР также относятся к разряду стационарных. По сравнению с реле РПН, РКН и МКУ они имеют большее число контактных групп (до 5) и могут одновременно коммутировать до 15 цепей с разрывной мощностью до 120 вот постоянного тока. По конструкции реле КДР напоминает РКН, но несколько больше его по габаритам (115X75X54). Мощность срабатывания КДР также увеличена и до стигает 5 вот (см. табл. 14.5, где приведен ряд параметров реле).
Кодовые реле имеют ряд модификаций. В модификации КМР за счет мас сивных медных втулок и более совершенной магнитной системы достигается за медление при отпускании до 7—10 сек. Модификация КДРМБ имеет магнитную блокировку, при которой якорь остается в замкнутом состоянии за счет остаточ ного магнетизма сердечника после отключения тока в обмотке. Для этого сер дечник выполнен из хромистой стали. Отпускание якоря происходит при подаче на реле импульса обратной полярности.
12* 355
Модификация КДРТР предназначена для работы во влажном тропическом климате. С этой целью в реле используют такие материалы, как стеклоткань, про вод в изоляции винифлекс ПЭВ, негорючие полихлорвиниловые трубки,изоля ционные кремний-органические лаки, латунный крепеж вместо железного и т. и. Модификация КДРШ выполнена со штепсельным включением реле в схему, позволяющим быстро заменять его, не прибегая к пайке.
Для применения в аппаратуре подвижных объектов создан ряд малога баритных реле, которые не теряют работоспособности при колебаниях темпера туры — 60 Ч-+850 С (РМУ, РЭС-6, РСМ), в условиях относительной влажности до 98%, атмосферном давлении до 15 мм pm. cm. (РМУ, РМУГ), вибрации мест крепления с частотой 16—300 гц при ускорении .до 10g, центробежных ускоре ниях до 25 g. Реле выпускают в герметичном исполнении (РМУГ) с запайкой трубки внутреннего объема.
Одно из наиболее миниатюрных реле с одним переключающим контактом РЭС10 имеет габариты (рис. 14.15) 19X16X10,6 мм3 и весит всего 7 г. Реле за ключено в алюминиевый чехол и залито со стороны основания специальной смо лой. При таких размерах мощность срабатывания РЭС10 не превышает 0,34 вт, а разрывная мощность доведена до 60—75 вт. Реле рассчитано на работу при температуре окружающей среды — 60-f-+125° С, условиях вибрации 10—1500 гц, центробежных ускорениях до 80 g и атмосферном давлении до 5 мм pm. cm. Реле выдерживает 1000 ударов с ускорением 100 g.
В каталогах марки реле обычно расположены в порядке сопро тивления обмоток и сгруппированы по модификациям (нормальные реле, замедленные реле, напряжение питания и т. и.) внутри различ ных типов, что облегчает их выбор по исходным данным (сопротивле ние обмотки, ток срабатывания, а также необходимое число и вид контактных групп).
Г л а в а XV
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
ИДРУГИЕ ТИПЫ РЕЛЕ
§15.1. ТЯГОВЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ
Вряде случаев исполнительное устройство систем автоматики должно перемещаться на расстояние порядка нескольких миллимет ров с усилием в несколько десятков ньютонов. К таким устройствам относятся различные клапаны, защелки, мощные выключатели (кон такторы). Для привода подобных устройств вместо громоздких и до рогих электродвигателей с редукторами успешно применяют тяговые электромагниты.
Вотличие от магнитных систем реле электромагниты чаще вы полняют броневого типа (рис. 15.1). Обмотка 1, как броней, защищена корпусом 4, который служит одновременно ярмом электромагнита. Конструкция электромагнита выполнена так, чтобы сечение магнито провода по всей длине магнитной линии оставалось приблизительно постоянным. Якорь 6 электромагнита для уменьшения трения и пред отвращения залипания перемещается внутри тонкостенной латунной трубки 7. Для снижения и. с. паразитного воздушного (немагнитного) зазора, равного толщине трубки 7, передняя крышка электромагнита
имеет «воротничок» 5. Увеличенная площадь «воротничка» позволяет магнитному потоку пройти паразитный зазор со значительно меньшей индукцией, чем в остальной части магнитопровода, и, следовательно,
смалой потерей н. с. обмотки.
Внормальном (обесточенном) состоянии якорь 6 отводится воз вратной пружиной 3 в крайнее правое положение. При достижении
током значения / сраб якорь притягивается |
к сердечнику 2, |
приводя |
в движение связанное с ним устройство. |
|
|
|
(14.12) |
Электромагнитное усилие |
определяется выражениями |
или (14.13), тяговая характеристика имеет вид рис. |
14.4, |
г. |
Рассчи |
тывать ее удобно методом Б. |
С. Сотскова |
(см. § 14.2), |
Рассеяние |
можно учесть по выражению |
(14.20), где |
магнитная |
проводимость |
определяется для формы магнитопровода, показанной в п. 3 |
табл. 14.1. |
Рис. 15.1. Электромагнит броневого |
Рис. 15.2. Конический якорь |
(а) |
и |
срав- |
типа |
пение тяговых |
характерстик |
(б) |
элек |
|
тромагнитов с |
плоским (/) |
и |
кониче |
|
ским |
(2) якорем |
|
|
|
Однако плоский якорь, как на рис. 15.1, дает тяговую характе ристику, слишком круто идущую вверх. Для «выравнивания» ха рактеристики применяют конический якорь.
Проводимость воздушного зазора G& в электромагните с кони ческим якорем (рис. 15.2, а) определяется фактическим воздушным зазором
и фактическим сечением, равным боковой поверхности конуса:
|
sGt|> |
|
cos Y |
|
(15.2) |
|
|
|
|
Из (15.1) и (15.2) следует: |
|
|
|
|
Gö |
sa<t> |
= |
s6 |
Po- |
( 15.3) |
бф 0 |
|
б cos2 у |
|
Подставляя производную dG&/dö от (15.3) в (14.10), получаем |
Рэ.тп’ w |
(Iw)б 4я-10— 7 |
б2 |
(15.4) |
|
2 cos2 у |
|
|
|
|
Из сравнения равенства (15.4) с выражением для |
усилия при |
плоском якоре (14.12) очевидно, что |
|
|
/ ,8.кои = |
- ^ |
- |
( 1 5 .5 ) |
|
cos2 |
7 |
|
Казалось бы, судя по (15.5), |
что при одинаковых |
сечениях se |
и зазорах б, измеренных вдоль оси, тяговая характеристика кони
ческого якоря |
должна идти выше, чем плоского, так как cos2y < 1. |
Однако это наблюдается лишь |
при относительно |
больших зазорах |
(рис. 15.2, б), |
когда магнитная |
система далека от |
насыщения. При |
малых зазорах (левее точки А) система насыщается, причем у конус ного якоря более сильно вследствие меньшего общего сопротивления магнитной цепи за счет уменьшенного фактического сопротивления зазора. Поэтому у конического якоря часть и. с. обмотки, приходя щаяся на зазор (Iw)е, уменьшается скорее, чем у плоского, и тяговая характеристика конического якоря 2 в области малых зазоров прохо дит ниже характеристики плоского якоря 1.
Время срабатывания электромагнитов, |
как правило, |
от 20 до |
100 мсек и может быть изменено способами, |
изложенными |
в § 14.5. |
Методы расчета обмоток электромагнитов аналогичны методам расчета обмоток реле.
§152. ОСОБЕННОСТИ РЕЛЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Всистемах автоматики, где основным источником энергии яв ляется сеть переменного тока, целесообразно применение реле, об мотки которых рассчитаны на питание переменным током.
Из выражения для электромагнитного усилия (14.10), зависяще го от квадрата тока, следует, что тяговое усилие не зависит от на правления тока, а значит в оба полупериода усилие направлено в сто рону уменьшения зазора. Среднее значение этого усилия пропор
ционально квадрату действующего значения тока, протекающего по обмотке.
Работа реле переменного тока имеет ряд особенностей, обусло вивших его конструкцию.
Первая особенность заключается в том, что в стали магнито провода проходит переменный поток и создаются потери на вихревые токи и гистерезис. Для снижения этих потерь магнитопровод наби рают из листовой электротехнической стали подобно трансформато рам. Величину потерь в стали определяют по известной формуле
|
РСТ, em=:pf1-3 BJn GCT, |
где Rm — амплитудное значение |
индукции, тл\ |
G,T— масса |
магнитопровода, |
кг\ |
Р — удельные потери в стали данных марки и толщины при |
Вт = |
1 тл и соответствующей частоте /, вт/кг. |
Вторая особенность реле переменного тока заключается в зави- . |
симости тяговых |
характеристик от способа включения обмотки. |
Если обмотку реле включают последовательно с каким-либо ап паратом или балластным активным сопротивлением, определяющим ток в обмотке, то можно считать, что при любом значении воздушного зазора ток в обмотке останется неизменным. Подставляя действующее значение тока в выражение (14.12) при плоском зазоре, получаем для тяговой характеристики такое же выражение, как для реле постоян ного тока:
|
э.ср’ |
(Iw)24я-10— 7 |
(15.6) |
|
62 |
|
|
Однако чаще встречается случай, когда обмотку включают не посредственно под неизменное напряжение сети. Тогда
где L — индуктивность обмотки реле, так как активное сопротивле ние R обмотки значительно меньше ее индуктивного сопротивления.
Если сталь далека от насыщения, то можно считать, что магнит ное сопротивление магнитопровода равно сопротивлению зазора. В этом случае индуктивность обмотки можно считать обратно пропор-, циональной величине зазора:
W2 Sa |С0
Ü5.8)
6 ’
а ток в обмотке [если подставить (15.8) в (15.7)1 — пропорциональным зазору:
Подставив в выражение (15.6) значение тока из (15.9), устанавли ваем, что электромагнитное усилие реле переменного тока остается постоянным, не зависящим от зазора, если его обмотка включена под неизменное напряжение сети:
_fe |
Vs |
62 |
= const. |
2и)2ш2 sö но |
Это надо учитывать при использовании реле в схемах.
В действительности усилие несколько возрастает с уменьшением зазора, но не в такой степени, как это происходит у реле, работаю щего в режиме / = const (рис. 15.3, а). Отличие зависимости Ря (6) от теоретической Рд = const объясняется снижением падений напря жения в активном сопротивлении IR и индуктивном сопротивлении рассеяния /7Храс по мере уменьшения тока в обмотке, что приводит
