§ 26.6. Назначение и принцип действия бесконтактных магнитных реле

Бесконтактные магнитные реле предназначены для включения раз­личных устройств при подаче управляющего сигнала. Таким обра­зом, они нужны для тех же целей, что и обычные электромагнитные реле. Но если включение нагрузки с помощью электромагнитных реле происходит за счет замыкания электрических контактов, то в бесконтактных реле включение нагрузки происходит за счет значи­тельного и очень быстрого изменения сопротивления. Следователь­но, включение и отключение происходят без разрыва цепи и соот­ветственно без связанных с таким разрывом последствий: искрения, дугообразования, окисления и износа контактов.

Основным достоинством бесконтактных реле является высокая надежность, которая обусловлена именно отсутствием контактов и подвижных частей. Кроме того, надо отметить и другие преимуще­ства бесконтактных реле перед контактными: возможность эксплуа­тации во взрывоопасных и запыленных помещениях, в условиях по­вышенной влажности и химически агрессивных паров; стабиль­ность параметров срабатывания и отпускания при наличии вибрации, ударных нагрузок, невесомости, при изменении про­странственного положения; простота эксплуатации, высокая чувст^ вительность.

Принцип действия бесконтактного магнитного реле основан на использовании в магнитном усилителе положительной обратной связи с kq,. > 1. В § 23.6 было рассмотрено построение характеристи-

ки магнитного усилителя с положительной обратной связью. Из этого построения видно, что с увеличением коэффициента обрат­ной связи характеристика становится все более несимметричной и ее правая ветвь возрастает все круче и круче. Теоретически уже при А^_с = 1 возникает скачкообразное увеличение тока в нагрузке, т. е. релейный режим. Практически вследствие потерь энергии в сердеч­нике и отклонения его характеристики намагничивания от идеаль­ной релейный режим наступает при К_ж - 1,05 ч-1,3.

Для получения больших значений К^ в схемах с внутренней об­ратной связью вводится дополнительно и специальная обмотка об­ратной связи. Схемы с внешней и внутренней обратной связью на­зываются схемами со смешанной обратной связью. Они наиболее рациональны в конструктивном отношении, поскольку позволяют снизить число витков обмотки обратной связи, а следовательно, уменьшить габариты и упростить изготовление бесконтактного маг­нитного реле.

Надо отметить, что бесконтактные реле строятся не только на базе магнитного усилителя с положительной обратной связью. Они могут быть созданы и на базе полупроводниковых элементов, в пер­вую очередь транзисторов и тиристоров.

§ 26.7. Характеристики и схемы бесконтактных магнитных реле

Выполним графическое построение характеристики бесконтактного магнитного реле с помощью метода, рассмотренного в § 23.6.

Прежде всего строим характеристику магнитного усилителя без обратной связи, откладывая по оси абсцисс напряженность управ­ляющего поля Н_у (и соответствующее ей значение тока управления /у) и по Ьси ординат напряженность H__ср (и соответствующее ей зна­чение тбка нагрузки I_H ). Для идеального магнитного усилителя Н^._р = Н_у, поэтому линейный участок характеристики 1 на рис. 26.7 имеет угол наклона к оси ординат 45°. На этом же графике строим характеристику обратной связи, представляющую собой прямую 2, ПровеДейиую пё Отношению к оси ординат под углом a = arctg K_oc

Так как мы проводим Построениемдля" случай K_oc > 1, то a> 45° и прямая 2 проходит ниже¹ линейного участка характеристики 7. Пе­ресечение характеристики 1 и прямой 2 дает значение тока нагрузки при 1у = 0. Затем проводим несколько гфямых, параллельных пря­мой 1 из различных точек, соответствующих Новым значениям /у < 0. Обратите внимание, что при этом пересечение происходит не

в одной, а в двух и даже трех точках. Теоретически характери­стика I_H =f(I_у) имеет 5-образную форму. Часть этой характеристи­ки (участок бв на рис. 26.7) по­казана пунктиром. Работа усили­теля на этом участке невозмож­на, поскольку электрическая цепь находится в неустойчивом режиме. Реальная характеристи­ка /_н =/(/у) показана сплошной линией. При постепенном изме­нении управляющего сигнала (начиная с больших отрицательных значений .-/_у) в сторону увеличения (абсолютное значение тока при этом уменьшается) ток в нагрузке сначала плавно изменяется до точки в. Дальнейшее изменение тока /_у в этом же направлении при­водит к скачкообразному изменению тока: переход из точки в в точ­ку а. Затем снова происходит плавное незначительное изменение тока нагрузки: участок характеристики правее точки а.

При изменении управляющего тока в противоположном на­правлении (от положительных значений /_у до отрицательных) ток нагрузки сначала плавно изменяется до точки б, в которой происхо­дит скачок к минимальному значению в точке г. В результате харак­теристика получает вид, как у поляризованного реле с размыкаю­щим контактом. Максимальное значение тока /_н соответствует за­мыканию контакта, а минимальное значение тока нагрузки — размыканию контакта. В обычном контактном реле это минималь­ное значение тока нагрузки естественно равно нулю.

Схемы бесконтактных магнитных реле со смещением показаны на рис. 26.8, а, б. В схеме по рис. 26.8, а обмотка смещения питает­ся от самостоятельного источника питания. На практике благодаря смещению можно получить разный вид характеристик бесконтакт­ного реле (рис. 26.8, в).

Если сместить характеристику вправо таким образом, чтобы ось ординат проходила посередине петли гистерезиса этой характеристи­ки (рис. 26.8, в), то бесконтактное магнитное реле может вьрюлнять роль триггера, т. е. запоминающего устройства. При /_у = О реле имеет два устойчивых состояния (точки о и б на рис. 26.8, в). Реле будет на- . холиться в том состоянии, в котором оно находилось до снятия управляющего сигнала /_у. Если раньше ток управления был отрица­тельным, то состояние реле определяется точкой а (минимальный ток нагрузки). Если раньше ток управления был положительным, то

состояние реле определяется точкой 6 (максимальный ток нагрузки). Значит, такое реле «запоминает» свое предыдущее состояние.

Правда, если временно будет отключено напряжение питания, то после его повторного включения состояние реле будет неопреде­ленным (а или б). Оно обусловлено случайными причинами: не­идентичностью сердечников и обмоток.

В схеме по рис. 26.8, б обмотка смещения питается выпрямлен­ным током от того же источника, что и рабочая обмотка. Этим обеспечивается стабилизация тока срабатывания при колебаниях напряжения питания.

Для основных параметров бесконтактного магнитного реле при­няты те же термины, что и для обычных контактных реле. Ток управления, при котором ток нагрузки изменяется скачком от ми­нимального до максимального значения, называют током срабаты­вания. Соответственно ток управления, при котором ток нагрузки скачком уменьшается, называют током отпускания.

Недостатками бесконтактных магнитных реле являются следую­щие их отличия от обычных реле: переключение происходит лишь в одной цепи (заменяется как бы только одна пара контактов), мини­мальный ток отличен от нуля.