Переключающие устройства

Переключающие устройства

В системах автоматики, телемеханики и вычислительной тех­ники широко применяются устройства, позволяющие по команде включать или отключать исполнительные устройства, сигнализа­цию и другую аппаратуру, коммутировать цепи для прохождения сигнала, реагировать на изменение температуры, давления, осве­щенности и т. п. В отличие от усилительных устройств изменение выходного сигнала в них происходит скачком при достижении заданного значения входного сигнала.

Реле — самый распространенный элемент автоматики, с его помощью можно управлять большими мощностями на выходах посредством сравнительно маломощных входных электрических сигналов; выполнять логические операции; строить многофунк­циональные релейные устройства; коммутировать электрические цепи; фиксировать отклонение контролируемого параметра от заданного уровня; выполнять функции запоминающего элемента ' и т. д.

Реле классифицируют по различным признакам: по виду физи­ческих величин, на которые они реагируют (электрические, теп­ловые, механические реле и т. п.), по выполняемым функциям (реле защиты, управления, контроля) и т. п.

Релейные характеристики могут иметь и неэлектрические устройства, например, предохранительные клапаны в пневмати­ческих или гидравлических системах. В этой главе будут рас­смотрены лишь наиболее распространенные реле — электриче­ские.

Электрическое реле представляет собой устройство, в котором при достижении входной величиной (тока или напряжения) оп­ределенного значения происходит скачкообразное изменение вы­ходной величины. Статическая характеристика реле у = f (х) показана на рис. 6*.

Из характеристики видно, что срабатывание реле происходит при х_сР, а отпускание при х_отП, причем х_ср и х_0Тп не совпадают, поэтому говорят, что реле обладает гисте­резисом.

Для характеристики свойств реле используют следующие основные параметры.

Мощность срабатывания Pc_р Вт — минимальная электри­ческая мощность, подведенная к реле от управляющей цепи, при которой реле надежно срабатывает. Обычно в паспорте реле ука­зывается не мощность Р_ср, а ток I_ср или напряжение U_cр. Принято считать, что если в паспорте реле указан ток срабатывания и отпускания, то реле токовое, если напряжение срабатывания и отпускания, то реле напряжения.

Значение входной величины х (тока, напряжения или мощ­ности); при достижении которой выходная величина изменяется скачком от у₁ до у₂, называется параметром срабатывания х_ср (см. рис. 6). Значение входной величины, при достижении которой в процессе последующего уменьшения х происходит скачок выходной величины, т. е. возврат реле в исходное положение, называется параметром отпускания х_отп. Коэффициент возврата показывает, во сколько раз х_отп меньше х_ср.

Мощность управления Р_упр, Вт — максимальная электриче­ская мощность, при которой контакты реле работают еще надежно.

Коэффициент управления — отношение управляемой мощности

к мощности срабатывания реле

Время срабатывания tср, с — интервал времени от момента поступления сигнала из управляющей цепи до начала воздей­ствия на управляемую цепь. По времени срабатывания различают нормальные, быстродействующие, замедленные реле и реле вре­мени..

Коммутационные возможности — число пар контактов. Размеры, масса, надежность.

Электрические контактные реле подразделяют на электромаг­нитные, магнитоэлектрические, индукционные, электронные, тиратронные и другие.

Электромагнитные реле

Принцип действия электромагнитных реле основан на взаимодействии ферромагнитного якоря с магнитным полем обмотки, об­текаемой током. Обмотка реле с магнитопроводом является вос­принимающим органом; контакты — коммутирующим; ярмо, пру­жины и другие детали представляют собой промежуточный орган.

Электромагнитные реле классифицируют по роду входного тока, характеру перемещения подвижной части, числу обмоток и т.д.

По роду входного тока различают реле постоянного тока и реле переменного тока. Реле постоянного тока, в свою очередь, подразделяют

на нейтральные реле, работа которых не зависит от полярности входного сигнала, и поляризованные реле, работа которых зависит от полярности сигнала.

Электромагнитные реле получили широкое распространение в устройствах автоматики благодаря высоким коммутационным

Рис. 82. Электромагнитное реле кла­панного типа

свойствам (высокое сопро­тивление разомкнутых кон­тактов —- десятки мегом и малое сопротивление замкну­тых контактов — 0,1— 0,001 Ом), сравнительно высокой надежности, возмож­ности одновременного пере­ключения большого числа цепей, разнообразным кон­структивным выполнениям и другим свойствам.

'Наиболее широко в автоматике используются электромаг­нитные нейтральные реле. Конструктивно их можно разделить на 4 типа: клапанные реле ; реле с втягивающимся якорем ; ферриды ; герконы .

Реле с внешним притягивающимся якорем (клапанного типа) показано на рис. 82. Оно представляет собой электромагнитный механизм с рядом контактных групп (на рис. 82 две контактные группы 2, 3), установленных на одном основании. Магнитопровод выполнен из электротехнической стали и состоит из кор­пуса (ярма) 9, сердечника 7 и якоря 5. В нормальном состоянии (т. е. пр» обесточенной обмотке) якорь под действием контактных пружин и специальной возвратной пружины (на рис. 82 условно не показана) максимально удален от сердечника. При этом одна пара контактов 3 замкнута — контакты размыкающие (КР), а вторая пара 2 разомкнута ■— контакты замыкающие (КЗ). При подаче тока в обмотку 8 через контакты '10 якорь 5 притя­гивается к сердечнику 7. При этом он повернется относительно острой грани ярма 9, преодолевая действие механических сил пружин. Штифт 4 из электроизоляционного материала отогнет подвижные контакты настолько, что КЗ замыкаются, а КР раз­мыкаются. При отключении тока якорь под действием пружин­ных контактов вернется в исходное положение, КЗ разомкнутся, а КР замкнутся:

Магнитоэлектрические реле

Принцип действия магнитоэлектрических реле основан на взаимодействии между потоком, создаваемым постоянным маг­нитом,, и током в проводнике, помещенном в магнитном поле. По конструкции это реле напоминает магнитоэлектрический из­мерительный прибор (рис. 89, а) или электродинамический гром­коговоритель (рис. 89, б), в котором вместо диффузора к катушке прикреплен подвижной контакт.,

В реле с поворотной рамкой / (рис. 89, а) последняя пред­ставляет собой обмотку из медного изолированного провода на легком каркасе, помещенную в воздушный зазор между магнитопроводом 2 и цилиндрическим сердечником 3. Магнитный поток постоянного магнита 7 пронизывает обмотку рамки. Если „по обмотке потечет ток, то его взаимодействие с магнитным потоком вызовет появление вращающего момента, поворот рамки и замы­кание подвижного контакта 5 с одним из неподвижных контак­тов 4. Направление вращения рамки определяется направлением тока в ее витках, т. е. полярностью управляющего сигнала U_у. После снятия сигнала рамка под действием пружин 6 возвратится в нейтральное положение. Цилиндрический сердечник уменьшает магнитное сопротивление магнитопровода и позволяет получить кольцевой зазор с однородным магнитным нолем, в котором поворачивается рамка.

В магнитоэлектрическом реле с поступательным, перемещением рамки (рис. 89, б) постоянный магнит 6 создает магнитный поток, .замыкающийся через цилиндрический воздушный зазор и магнитопровод 5. В воздушный зазор помещена рамка

.Усилия взаимодействия магнитного поля и тока в обмотке рамки стремятся втянуть (или вытолкнуть) рамку в воздушный зазор магнитной системы, а, следовательно, замкнуть нижний (или верхний) контакт 2 с подвижным контактом 3. Направление перемещения рамки определяется направлением тока в обмотке или полярностью управляющего сигнала. При отсутствии управ­ляющего сигнала пружины 4 установят контакт 3 в нейтральное положение.

Пружины обычно изготовляют из фосфористой бронзы или твердокатаного серебра. Они служат одновременно и для подвода тока к обмотке. Контактные усилия в магнитоэлектрических реле невелики, поэтому для обеспечения надежного соединения кон­такты, выполняют из платины или платино-иридия.

Из электрических контактных реле магнитоэлектрические реле характеризуются наибольшей чувствительностью. Для надеж­ного срабатывания реле достаточен сигнал мощностью 10~⁵ Вт или ток 0,5—1 мкА. Время срабатывания магнитоэлектрических реле большое (0,1—2 с), поэтому их используют в установках, где необходима фиксация малых постоянных токов или медленно меняющихся процессов. Их применяют в высокочувствительных измерительных схемах, а также в схемах с термопарами, фото­элементами и т. д.