курсовой проект / СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ / 406-411

3. ПОЛЯРИЗОВАННЫЕ РЕЛЕ И ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Cистемы автоматики часто требуют реагирования не только на величину, но и на знак тока на входе. В электромагнитных реле тоже можно осуществить чувствительность к полярности тока в обмотке. Такие реле называются поляризованными. Поляризация их осуществляется постоянными магнитами.

По магнитопроводу поляризованного реле (рис. 15.5,а) могут протекать поток Ф_Э от обмоток, обтекаемых электрическим током, и поток Ф_о от постоянного магнита. Якорь перемещается в зазоре в зависимости от суммарного действия этих потоков.

Предположим сначала, что тока в обмотках нет, а якорь находится в строго вертикальном положении. В этом случае поток постоянного магнита Фо делится пополам:

и усилия согласно выражению (14.13), тянущие якорь влево и вправо, одинаковы:

Однако такое равновесие неустойчиво. Достаточно якорю немного отклониться от нейтрального положения, например влево, как изменятся воздушные зазоры, определяющие сопротивления левого и правого контуров магнитопровода, и потоки станут соответственно равными:

(2)

Левое усилие возрастет, правое уменьшится и появится результирующее усилие

(3)

Выразим это усилие через перемещение якоря х. Пренебрегая сопротивлением стальных участков магнитопровода по сравнению с воздушными зазорами и приняв зазоры между корем и полюсными наконечниками плоскими, можно считать:

Так как н. с. постоянного магнита одинакова для обоих контуров, откуда Ф₁/Ф₂=R₁/R₂

(4)

Подставив (4) в очевидное равенство после преобразований получим

(5)

Аналогично

(6)

Подставляя (5) и (6) в выражение для Ф, из (2) получаем

c с учетом чего выражение (3) имеет вид

(7)

Это усилие определяет контактное давление, а следовательно, и допустимый ток, который могут пропускать контакты при обесточенной обмотке реле, не перегреваясь.

Если в обмотки подать ток I_сраб такой величины, чтобы Фэ=Ф, то при небольшом дальнейшем возрастании тока якорь перебросится в правое положение, так как правое усилие станет больше левого. При этом потоки до момента переброски равны.

После переброски Ф изменит знак, и если Фэ=Ф, то потоки станут равными

(8)

В правом положении при протекании тока I_сраб с учетом (8) суммарное усилие от потоков Фо и Фэ, действующее на якорь,

(9)

т. е. окажется вдвое больше, чем Р_о ( см (7) ).

Таким образом, поток постоянного магнита выполняет в поляризованном реле роль противодействующей пружины до тех пор, пока ток не достигнет тока срабатывания I_сраб. После же перехода якоря за нейтраль перераспределяющийся поток Ф_о создает дополнительное усилие, способствующее перемещению якоря. Этим в какой-то мере объясняется короткое время срабатывания поляризованных реле, не превышающее нескольких миллисекунд. Кроме того, дополнительное усилие, сжимая контакты, позволяет довести коэффициент управления, т. е. отношение мощности, пропускаемой контактами, к мощности срабатывания в обмотке до 5000, чего не допускает ни одно нейтральное реле.

Намагничивающую силу срабатывания можно определить из условия равенства потоков Ф=Ф_э:

откуда

(10)

Сравнение выражений (10) и (7) показывает, что требования высокой чувствительности (снижение F_сраб) и большого допустимого тока через контакты (увеличение Р_о) противоречивы, так как обе величины пропорциональны х, а следовательно, и максимальному отклонению якоря от нейтрали. Это отклонение регулируется перемещением контактных винтов (рис. 15.5, а) и обычно составляет 0,05—0,1 мм.

Поляризованные реле выпускаются трех видов настройки. Реле на рис. 15.5, а является двухпозиционным. Его якорь в зависимости от полярности тока в обмотке переходит в одно из двух крайних положений и остается там после прекращения , тока в обмотке.

Если один из контактных винтов выдвинут за нейтраль, реле является двухпозиционным с преобладанием к одному из контактов. В обесточенном состоянии реле (рис. 15.5,6) якорь все­гда прижат к левому контакту и перебрасывается вправо лишь на время протекания в обмотке тока соответствующей полярно­сти.

При достаточной жесткости пружины, на которой подве­шен якорь, усилие Ро оказывается не в состоянии удержать его в крайних положениях, преодолевая действие пружины, и при отсутствии тока в обмотке якорь занимает нейтральное положе­ние. При подаче тока в обмотку контакт на якоре замыкается с левым или правым контактом (в зависимости от полярности тока) и возвращается на нейтраль после прекращения тока в обмотке. Такое реле называется трехпозиционным.

Отечественная промышленность выпускает различные типы поляризованных реле, из которых наиболее распространены реле РП и РПБ (реле поляризованное бескерамическое). Оба типа выпускаются трех видов настройки:

РП-4 - двухпозиционное;

РП-5 - трехпозиционное;

РП-7 - двухпозиционное с преобладанием

Реле имеют от одной до шести независимых обмоток. В табл.1 даны некоторые параметры поляризованных реле.

3.2.В и б р о п р е о б р а з о в а т е л и. Одним из методов усиления малых постоянных токов и напряжений, с которыми оперирует вычис­лительная и измерительная аналоговая техника, является пред­варительное их преобразование в переменное напряжение (мо­дуляция) с последующим усилением и выпрямлением. Этот ме­тод преобразования может быть осуществлен, например, пре­рыванием сигнала постоянного тока с помощью вибрирующих контактов. В качестве таких вибропреобразователей (вибраторов) применяются поляризованные реле благодаря их небольшому времени срабатывания.

При питании обмотки реле переменным током якорь пере­брасывается каждые полпериода, прерывая сигнал, поданный на подвижный и один из неподвижных контактов.

тактов. В обесточенном состоянии реле (рис. 15.5,6) якорь все­гда прижат к левому контакту и перебрасывается вправо лишь на время протекания в обмотке тока соответствующей полярно­сти.

Качество модулятора определяется величиной помех, которые зависят от термо-э. д- с., вызванной нагревом контактных точек, от контактной разности потенциалов, вызванной соприкосновением разнородных материалов, от чи­стоты контактов и их дребезжания. Движение якоря во внешнем электро­статическом поле также может вызвать паразитные э. д. c.

Тщательное изготовление вибраторов, экранировка и подбор материалов для контактов позволяют снизить величину помех до долей и единиц микро­вольт.

Расстояние между контактами у вибраторов регулируется до 8—10 мк, контактные пружины мягкие, контакты выполняются из золота или его спла­вов, что обеспечивает малые термо-э. д. с. и контактные разности потен­циалов.

Отечественной промышленностью выпускается вибратор ВП, обмотка которого питается переменным током 50 гц напряжением 6 В. Вибратор имеет цилиндрический металлический кожух и цоколь с выводами, аналогичный цоколю радиолампы. Габариты вибратора 50Х100 мм. Выпускаются вибра­торы, обмотка которых питается от сети частотой 400 гц.

Для создания потока Ф_о в поляризованных реле и вибраторах приме­няются магниты из магнитнотвердых материалов, качество которых характе­ризуется параметрами Не и Вт, определяющими участок предельной кривой

намагничивания, расположенный во-втором квадрате (рис. 15.6, а] и пред­ставляющий собой кривую размагничивания. Для сплава магнико Bm=1,3 тл, Hc,=470 а/см.

Важной характеристикой материала постоянного магнита является удель­ная энергия его магнитного поля

причем В и Н лежат на кривой размагничивания. Наибольшей удельная энергия бывает при оптимальном сочетании В_опт и Н_опт. При расчете цепи с магнитом стремятся обеспечить оптимальное расположение рабочей точки, что обеспечивает наименьшие размеры магнита при заданном потоке Ф_о.

Произведение коэрцитивной силы Нс на длину магнитной линии в по­стоянном магните может рассматриваться как F=Hclм, возникающая под действием молекулярных токов. Если перенести ось индукций в точку Нс, то расчет магнитной цепи с постоянным магнитом можно свести к методике В. С. Сотскова. При расчете цепи, показанной на рис. 15.6, б, можно пренебречь н. с., затрачиваемой на полюсные наконечники, так как они изготовляются из пермаллоя или электротехнической стали, магнитная проницаемость которых значительно выше не только проницаемости воздуха, но и материала магмита.

Проведя под углом

(11)

из точки 0 прямую до пересечения с кривой размагничивания, определяют индукцию в магните Вм, а по ней - индукцию и поток в зазоре. Так как размеры магнита в начале расчета неизвестны, учет потоков рассеяния про­изводится методом последовательных приближений. Магнитная система выби­рается так, чтобы точка Дм лежала вблизи точки В_опт; Н_от. Однако яндукция окажется равной Дм только в случае намагничивания постоянного магнита с собранными полюсными наконечниками.

Если же намагничивание произведено до сборки, то вследствие большого магнитного сопротивления пространства между полюсами, лишенными полюс­ных наконечников, индукция перед сборкой будет равна В> (рис. 15.6, а). Эта индукция определяется углом 6о<9, который зависит от формы магнита. После сборки полюсных наконечников магнитная проводимость зазора в увеличится и будет соответствовать углу . Однако индукция будет воз­растать не по предельной кривой размагничивания, а по частному циклу, который заменен на рис. 15.6, а прямой BiBs. В результате после сборки индукция достигнет лишь величины В„.

Таким образом, при намагничивании до сборки магнитный поток Фо имеет меньшее значение, чем при намагничивании после сборки. Необходимо помнить, что подобное снижение потока будет происходить и при всякой разборке магнитопровода реле.

Параметры реле		Тип	реле
	РП-4	РП-5	РП-7	ТРМ	ППР-3
Мощность срабатывания мВт	0.001-0.16	0.006-0.04	0.16-1.0	7-9	44-120
Н.с. срабатывания ,ав	1-4	1-4	4-10	18-28	80
Время срабатывания мсек	25-4.5	7-13	3-5	3-4	-
Наибольшая частота включения, Гц.	200	200	100	100	-
Максимальный длительный ток через контакты , А.	0.2	0.2	0.2	1.0	5.0
Допустимое напряжение на контактах, В.	24	24	24	120	200
Вес, г.	160	160	160	250	3600