книги из ГПНТБ / Кукушкин В.К. Электромагнитные реле постоянного тока учебное пособие

где Вв — индукция в воздушном зазоре. Тогда будем иметь

Важнейшей характеристикой электромагнитных нейт­ ральных реле является электромеханическая (тяговая) ха­ рактеристика, выражающая зависимость электромагнитной силы (или момента) от перемещения (или угла поворота)

якоря / э (х). Тот или иной

вид этой характеристики определяется магнитной си­ стемой и соотношением от­ дельных ее частей.

На рис. 2.8 представлен примерный вид электромеха­ нической характеристики реле клапанного типа, изображен­ ного на рис. 1.1. Как видно из рисунка, характеристика у-э (х) резко вырастает в кон­

висит от относительной длины стопа (т. е. неподвижного полюса), а также от формы полюсных окончаний. При на­ личии стопа небольшой длины (меньше половины длины катушки) можно получить характеристику, соответствую­ щую кривой 1 (рис. 2.9). В том случае, когда стоп имеет высоту порядка половины длины катушки, зависимость / э(х)

50

а

тромагнитная сила почти не изменяется (кривая 1, рис. 2.10).

Рис. 2.9.

В том случае, когда якорь и полюса очерчены по архи­ медовой спирали (т. е. по кривой, описываемой точкой, движущейся с постоянной скоростью по лучу, который вращается вокруг некоторой точки с постоянной угловой скоростью), зазор изменяется по закону прямой линии. При этом электромагнитная сила изменяется по закону кривой 2.

При изменении зазора по параболе сила возрастает еще более резко (кривая 3).

Получение различных электромеханических характери­ стик путем очерчивания поверхностей полюсов и якоря сложными кривыми не является удобным методом. Гораз­ до более простым способом изменения тяговой характери­ стики реле с поворотным якорем как в конструктивном, так и в производственном отношениях .является выполнение пвлюсов и якоря с цилиндрическими поверхностями, повер­ нутыми под определенным углом |3 (рис. 2.11).

На рис. 2.12 показаны электромеханические характери­ стики в случае различных значений^. Как видно из рис.2.12, изменяя угол (3 от 0 до 90°, можно получить самые разно­ образные законы изменения тяговых характеристик.

51

Для обеспечения срабатывания нейтрального электро­ магнитного реле его электромеханическая характеристика должна проходить во всех точках выше характеристики

противодействующих сил (кривая 1, рис. 2.13). И только в предельном случае электромеханическая характеристика может касаться характеристики противодействующих сил (кривая 3) в одной или нескольких точках (кривая 2).

В случае пересечения кривых якорь может на­ чать движение и оста­ новиться, пройдя лишь часть своего нормально­ го перемещения. Для обеспечения отпускания реле электромеханиче­ ская хара к т е р и с т и к а всеми своими точками должна лежать ниже ха­ рактеристики противо­ действующих сил (кри­ вая 4). В противном слу­ чае якорь может начать

52

свое возвратное движение и остановиться, не дойдя до исходного положения.

2.4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИЛА ПОЛЯРИЗОВАННОГО РЕЛЕ

Выше были получены выражения электромагнитной си­ лы поляризованного электромагнитного реле при двух раз­ личных режимах его работы.

При условии фу [iy , х) = const электромагнитная сила определялась формулой (2.27)

а при условии L (фу , x:)=cotist ее выражение имело вид (2.39)

1У

о

Отмечалась также идентичность тех составляющих электромагнитной силы, которые определяются первыми и последними членами правых частей этих выражений. Кроме того, при анализе электромагнитной силы нейтрального ре­ ле были показаны сущность и различие тех составляющих усилия, которые определяются средними членами. Оказа­ лось что без большой погрешности в нейтральных реле эти составляющие можно считать равными, поскольку они оп­ ределяют ту силу, которая создается только потоком, образуе­ мым током рабочей обмотки.

Таким образом, электромагнитная сила поляризованного реле является алгебраической суммой трех составляющих:

*) Вследствие принятых допущений изменение энергии поляризу­ ющего поля связано только с изменением положения якоря. Следова­

тельно,

dWn (х ) _ dWn (х)

d x d x

53

При появлении в обмотке управления тока возникает уси­ лие взаимодействия тока управления и поляризующего по­ тока

и, кроме того, усилие, обусловленное действием лишь одно­ го потока управления,

симметрии сердечников.

Рис. 2.14.

Вследствие того ,что ход якоря в поляризованном реле, как правило, очень мал, можно принять, что при движе­

нии якоря точка т перемещается по прямой. Следователь­

но, результирующую электромагнитную силу можно вычис­ лять, принимая движение якоря поступательным.

54

В этом случае обобщенная координата х будет линейным перемещением, а обобщенная электромагнитная сила / э —

—силой в обычном ее понимании.

Выберем положительное направление оси ох влево (см. рис. 2.14), а положительное направление тока в обмотке управления свяжем с положительным направлением оси ох правилом винта. Это означает, что ток /у в обмотке управ­

ления будет положительным, если поток Фу в воздушных

рабочих зазорах, создаваемый этим током, будет направлен по оси ох.

Допустим, что в исходном положении якоря контакты 1,3 замкнуты. Для перемещения якоря вправо необходимо создать поток управления, направленный навстречу пото­ ку ФП1, т. е. против оси ох. При этом ток в обмотке управ­

ления должен быть отрицательным, т. е. должно выпол­ няться условие iy <0.

При неучете потоков рассеяния потокосцепление обмот­ ки управления, обусловленное поляризующим потоком, мо­ жет быть определено в соответствии с рис. 2.1 и 2.14 из выражения

с левой половиной обмотки управления (ФП) >0); Фщ - поляризующий магнитный поток, сцепленный с

При перемещении якоря вправо (dx < 0) поток ФП] по абсолютной величине уменьшается (^ФП1<0). Следова­ тельно,

ЛФщ

dx > 0 .

При этом поток ФПг возрастает, поэтому

&Фх\: dx < 0

55

т.е. усилие, созданное взаимодействием потоков управления и поляризующего, направлено вправо, что и необходимо для срабатывания реле.

нию возрастает (Му >0).

( 2 ' 7 7 )

т. е. электромагнитная сила / 2 направлена в сторону поло­ жительных значений перемещения якоря. Поэтому на уча­ стке хКг —0 эта сила будет действовать навстречу необ­

ходимого нам перемещения якоря в правую сторону. После того, как якорь перейдет нейтральное положе*

ние (х — 0) и начнет перемещаться в области отрицатель* ных значений х (при этом дифференциал dx по-прежнему

56

остается меньше нуля), ток управления будет уменьшаться** от значения тока управления в момент, когда х = 0; (гуо ) до

значения, при котором якорь достигнет крайнего правого положения. При этом частный дифференциал д,и■Уh^ < °-

Следовательно, в области отрицательных значений х

diY

частная производная —^ больше нуля. Поэтому

движению якоря в положение, когда замкнуты контакты 3,2, т. е. в нужном нам направлении.

В том случае, когда производится переключение реле из положения якоря справа в положение слева (см. рис. 2.14),

Ход рассуждений при этом подобен только что проведен­ ному.

Этот же результат можно получить из физических рассуждений. Усилие у2 обусловлено действием лишь одного

потока управления. По своему существу это усилие, дейст­ вующее на якорь электромагнитного нейтрального реле. Но в этих реле, как известно, усилие создается потоком, замы­ кающимся через якорь и неподвижный полюс. В случае по­ ляризованного электромагнитного реле усилие создается

меняет свой знак.

57

той частью потока управления, которая, ответвляясь в цепь якоря, замыкается через него. Величина ответвляющейся части потока управления зависит от величины зазора меж­ ду полюсом и якорем.

При неравенстве зазоров 3, и о, в них создается нера­ венство частей потока управления (см. рис. 2.1, 2.14).

В рассматриваемом случае поток управления в зазоре 3j будет больше потока управления в зазоре 32. Следова­ тельно, электромагнитная сила от потока управления, при­ тягивающая якорь влево, будет больше силы, притягива­ ющей якорь вправо. При перемещении якоря вправо по­ токи в зазорах 8t и о2 выравниваются (при х = О они равны), а затем (при х;<0) притяжение к правому полюсу станет больше притяжения к левому. При этом усилие / 2 изменит свой знак и вместо тормозящей силы превратится в силу, способствующую перемещению якоря в нужном направле­ нии.

Усилие / 2 является вредным для поляризованного реле,

так как уменьшает его чувствительность. Кроме того, явля­ ясь в общем случае нелинейной функцией перемещения якоря, оно затрудняет создание поляризованных механиз­ мов с линейными статическими характерами. Поэтому, при конструировании реле необходимо принимать меры, чтобы усилие / 2 было как можно меньше. С этой целью обычно

увеличивают магнитное сопротивление цепи якоря и по­ стоянного магнита с тем, чтобы уменьшить величину от­ ветвляющей части потока управления.

Как правило, конструкции поляризованных электро­

няется запасенная им энергия магнитного поля. Оно не зависит от величины тока управления и возникает при лю­ бом отклонении якоря от нейтрали, если при этом изме­ няется суммарное сопротивление цепи поляризующего источника.

С целью выяснения направления действия силы / 3, опре­ деляемой энергией поляризующего поля, разобьем эту энергию на две части:

Wn = + ^ПВ , (2.79)

где Wno —энергия поляризующего магнитного поля внутри постоянного магнита;

U/n8 —энергия поляризующего магнитного поля в ра­ бочих зазорах 8t и 82 и в ярме (см. рис. 2.1).

В том случае, когда сопротивление цепи постоянного магнита и якоря много больше сопротивления рабочих за­ зоров (при этом ответвляющаяся часть потока управле-

58

Имя в эту цепь минимальна) перемещение якоря будет незначительно сказываться на величине суммарного поля­ ризующего потока внутри магнита Фп (см. рис, 1.13).

При этом можно считать Фп = const и, следовательно,

Энергия магнитного поля в рабочих зазорах и в ярме U^nB

складывается из двух частей: энергии в зазоре 8j и левой половины ярма и энергии в зазоре §3 и правой половины ярма. Учитывая малое сопротивление ярма вследствие незначительного значения индукции в нем, можно пре­ небречь энергией магнитного поля в ярме и тогда под энергией Wnb можно понимать энергию магнитного поля

только в рабочих воздушных зазорах.

Энергию поляризующего магнитного поля в воздушных

где ФП| , ФПч — поляризующие магнитные потоки в зазо­ рах 8j и о2 соответственно;

Rf, , Л?В) —магнитные сопротивления левого (й,) и пра­

вого (32) рабочих воздушных зазоров.

В параллельно включенных сопротивлениях воздушных зазоров поляризующий магнитный поток распределяется на части, обратно пропорциональные величинам их магнитных сопротивлений,

*) Н. А. Лившиц и А. П. Мановцев в работе „Энергетический ре­ жим поляризованных электромагнитов1 (труды Академии связи имени С. М. Буденного, № 3, 1943 г.) показали, что равенства (2.80) и (2.81) вы­ полняются и в общем случае (т. е. при любом соотношении магнитных сопротивлений цепи постоянного магнита и якоря и рабочих зазоров).

59