7.10. Электромагнитные реле. Назначение и классификация

Электромагнитные реле предназначены для коммутации электри­ческих цепей в схемах РЭА, аппаратуры автоматики, телемехани­ки и связи. Электромагнитные реле (рис. 7.22) состоят из трех ос­новных частей: электромагнита с магнитопроводом (воспринимающий орган); якоря (промежуточный орган); электрических контактов (исполнительный орган).

Электромагнитные реле классифицируют: 1) по принципу устройства воспринимающих органов — на нейтральные и поляри­зованные. Работа нейтральных реле не зависит, а поляризованных зависит от направления тока в управляющей обмотке;

7.11. Принцип действия основных типов электромагнитных реле

(7.20)

Для большинства конструкции реле R_CT << R_δ и, следовательно, F_м~ФR_δ Таким образом, к воздушному зазору прикладывается

Реле постоянного тока. Магнитодвижущая сила F_M электромаг­нита 3 (рис. 7.22), по обмотке которого протекает ток I, создает магнитный поток Ф. Он замыкается по сердечнику 4, магнитопрово- ду 5, якорю 2 и воздушному зазору длиной δ. Уравнение магнит­ной

цепи можно записать в виде

практически вся магнитодвижущая сила электромагнита, под дей­ствием которой в зазоре развивается тяговое усилие (сила притяже­ния),

[Н], (7.21)

где S_B— площадь взаимного перекрытия стержня и якоря, м². Поскольку сила притяжения пропорциональна квадрату тока, текущего через обмотку электромагнита, она не зависит от направ­ления тока. Под действием силы притяжения, которая должна быть больше сил сопротивления контактных и возвратных пружин, якорь притягивается к сердечнику реле (реле срабатывает) и пере­ключает контакты.

Реле переменного тока. Для уменьшения потерь магнитопровод 1, якорь 2 и сердечник 5 реле переменного тока (рис. 7.23, а) на­бирают из пластин листовой электротехнической стали. Если к электромагниту подвести переменное напряжение, то в момент перехода тока через нуль сила притяжения якоря электромагнита

становится равной нулю. Якорь отходит от сердечника, а затем снова притягивается. Если не предпринять специальных мер, якорь и кон­такты реле будут вибрировать. Для устранения вибраций подвиж­ной системы на стержне электромагнита около воздушного зазора делается паз, в который вкладывается короткозамкнутый виток. Виток охватывает от 0,5 до 0,8 площади торца стержня. Магнитный поток, созданный обмоткой электромагнита 4, разветвляется на две составляющие Ф₁^{`</sup> и Ф<sub>2</sub><sup>`}, замыкающиеся через обе части сердечника. Магнитный поток Ф₁^``, пересекая короткозамкнутый виток, наво­дит в нем э. д. с. е_в (рис. 7.23, б), которая вызывает ток 1_Е, отстающий от е_в на угол, близкий к 90°. Ток I_в вызывает совпадающий с ним по направлению маг­нитный поток Ф_в. Таким об­разом, на участке 3 маг­нитопровода результирующий магнитный поток

Ф₂ = Ф₁^`` + Ф_в. (7.22)

На рис. 7.23, б видно, что между магнитными потоками Ф₁^` и Ф₂ существует фазовый сдвиг и, следовательно, ре­зультирующий магнитный по­ток в сердечнике Ф∑ никогда не достигает нулевого зна­чения. Минимальный магнитный поток Ф∑ выбирается всегда боль­ше величины, достаточной для удержания якоря. Сила притяжения электромагнита F_a =Ф²/2μ₀S_в.

В реле переменного тока вибрации подвижной системы могут быть устранены также созданием нескольких магнитных потоков, сдвинутых по фазе друг относительно друга, или увеличением мас­сы подвижной системы.

Поляризованные реле. В поляризованных реле (рис. 7.24) поло­жение перекидного якоря 3 зависит от направления тока в обмотке электромагнита. Для этого в реле используется разветвленный элект­ромагнит, в котором образуются два потока—управляющий и поля­ризующий. Катушки 2 и 6 создают в магнитопроводе 1 управляю­щий магнитный поток Ф₀ в одном направлении. Поляризующий маг­нитный поток Ф₀ постоянного магнита 7 проходит через подвижный якорь 3 и разветвляется налево и направо на потоки Ф₀₁ и Ф₀₂. Один из этих потоков совпадает, а" второй противоположен по на­правлению потоку Ф_у. На конце подвижного якоря 3 имеется кон­такт 5, который замыкается с левым или правым неподвижным контактом Если отсутствует управляющий магнитный поток Фу, а якорь 3 находится в среднем положении, то Ф₀₁ = Ф₀₂ ⁼ Ф₀/2

и на якорь действуют равные и противоположные силы. Однако такое равновесие является неустойчивым. Незначительное смеще­ние якоря от нейтрального йоложения приводит к изменению маг­нитных сопротивлений воздушных зазоров и, следовательно, маг­нитных потоков. Магнитные потоки принимают значения

Ф₀₁ = Ф₀/2 + ΔФ, Ф₀₂ = Ф_о/2 — ΔФ, (7.23)

где ΔФ — изменение величины магнитных потоков Ф₀₁ и Ф₀₂ при перемещении якоря.

Таким образом, силы, действующие на якорь слева и справа, не равны. Вследствие этого результирующая сила

(7.24)

переместит якорь в сторону первоначального смещения (рис. 7.24), т. е. влево.

Для перемещения якоря слева направо необходимо на обмотку реле подать управляющий сигнал такой полярности, чтобы Ф_у складывался с Ф₀₂ и вычитался из Ф₀₁. В этом случае результирующие потоки будут определяться выражениями

Ф_лев = Ф_о/2 + ΔФ - ф_у, Ф_пр = Ф₀/2 - ΔФ + Ф_у. (7.25)

Ф_лев = Ф_о/2 - 2ΔФ, Ф_пр - Ф₀/2 + 2ΔФ.

При условии, что Ф_у > ΔФ, якорь перейдет в правое положение. Знаки при ΔФ в выражениях (7.25) изменятся на противоположные. Полагая, что Ф_у = ΔФ, выражения для магнитных потоков для правого положения якоря можно записать в виде

Таким образом, при наличии управляющего сигнала сила притяже­ния будет в два раза больше, чем при его отсутствии. Если изменить полярность управляющего сигнала, то якорь реле вернется в левое положение.

Сила притяжения якоря зависит от разности магнитных потоков и определяется выражением

Постоянный магнит реле выполняет и дополнительную роль, аналогичную роли упругих пружин электромагнитного реле. Од­нако в характере их действия имеется принципиальное различие. При перемещении якоря к нейтральному положению постоянный магнит создает противодействующее усилие, уменьшающееся до нуля. После перехода нейтрального положения усилия, создавае­мые постоянным магнитом и управляющим сигналом, складывают­ся. Благодаря этому поляризованные реле имеют высокую чувстви­тельность и малое время срабатывания.