§ 19.3. Электродинамические реле

Принцип действия электродинамического реле основан на взаимо­действии двух катушек с током, одна из которых подвижна, а другая неподвижна. От магнитоэлектрического реле электродинамическое реле отличается тем, что индукция в рабочем зазоре создается не постоянным магнитом, а неподвижной катушкой на сердечнике, т. е. электромагнитным способом. От электромагнитного реле элек­тродинамическое реле отличается тем, что тяговое усилие воздейст­вует не на стальной якорь, а на подвижную катушку.

Устройство электродинамического реле показано на рис. 19.2. На магнитопровод 3 надета неподвижная катушка 2, обтекаемая то­ком /₂. Между полюсными наконечни­ками магнитопровода находится цилин­дрический стальной сердечник 4. В ко­льцевом зазоре между полюсными наконечниками и сердечником создает­ся равномерное радиально направлен­ное магнитное поле. В зазоре размещена легкая алюминиевая рамка 1 с обмоткой из тонкого провода, к которой подво­дится ток /, по спиральным пружинам, создающим противодействующий мо­мент, стремящийся установить плос­кость рамки 1 вдоль оси полюсных на­конечников.

При подаче управляющего тока /, в обмотку рамки 1 она будет поворачиваться в зазоре между полюс­ными наконечниками и сердечником. Жестко закрепленный на рамке подвижный контакт 5 замыкается с одним из неподвижных контактов б и 7.

Сила, действующая на проводники рамки электродинамическо­го реле, так же как и для магнитоэлектрического реле, определяется законом Ампера. Следовательно, будут справедливы уравнения (19.1) и (19.2). Однако входящая в эти уравнения индукция В не по­стоянна, а определяется намагничивающей силой, создаваемой ка­тушкой 2 с током /₂:

где Д, — магнитное сопротивление на пути магнитного потока воз­буждения; 5₅ — площадь поперечного сечения рабочего воздушного зазора.

19.4) в (19.2) и выразив червз поетфянйьгй-коэ'ффи- циент К сочетание всех неизменных конструктивных и обмоточных данных рел£, получим уравнение для Вращающего*момента электро­ динамического реле: •' ,.,,.-.

М_вр = */,4 (19.5)

Из (19.5) видно, что направление поворота рамки зависит от на­правления токов в обеих обмотках реле, т. е. оно будет положитель­ным при одинаковых направлениях токов и отрицательным при разных направлениях.

При работе реле на постоянном токе и питании ,его неизмен­ным по значении) и направлению током возбуждения /₂ электроди­намическое реле (как и магнитоэлектрическое) является поляризо­ванным и трехпозиционным. В зависимость от направления управ­ляющего тока /, замыкается пара контактов 6—7 или 6—8, а при отсутствии тока /, контакт 6 находится в среднем, незамкнутом, по­ложении.

Однако в отличие от магнитоэлектрического реле электродина­мическое может работать при питании переменным ^оком. В этом случае на рамку воздействует Переменный магнитный поток, а на­правление поворота определяется средним за период значением вращающего момента

где /1 и /₂ _ действующие значения токов в обмотках; ф — угол сдви­ га фаз между токами. •"'''.

Из -(19.6) следует, что электродинамическое реле реагирует на фазу входного сигнала, т. е. его можно использовать как реле сдвига фаз, срабатывающее при определенном значении ф. Это же реле мо­жет реагировать и на мощность переменного или постоянного тока. В этом случае на одну из обмоток подается ток, а на другую — на­пряжение цепи.

При последовательном соединении обмоток // = 1₂ = 1 вращаю­щий момент

т. е. зависимость тягового усилия от тока будет аналогична электро­магнитному нейтральному реле.

К недостаткам электродинамических реле следует отнести их большие габариты и вес.

tlil. Индукционные реле

"?***. Принцип действия индукционного реле основан на взаимодействии

переменных магнитных потоков с токами, индуцированными этими потоками.

Индукционное реле (рис. 19.3) состоит из двух неподвижных да^кжромагнитов 1 и 2, по обмоткам которых протекают соответст­венно переменные токи /, и /₂. В воздушном зазоре электромагни­тов |*етановлен алюминиевый или медный диск 3, который может поворачиваться относительно оси 4. Переменные магнитные пото­ки, создаваемые электромагнитами 1 и 2, индуцируют ЭДС в диске J, под действием которых в диске создаются вихревые токи (так же, как в короткозамкнутом роторе асинхронного двигателя).

Для того чтобы взаимодействие магнитных потоков с вызванны­ми ими же токами привело к созданию вращающего момента, необ­ходимо наличие сдвига по фазе токов /, и /₂. Только в этом случае в зазоре индукционного реле будет создано вращающееся магнитное поле, аналогично тому, как это происходит в двухфазном асинхрон­ном двигателе. При сдвиге фаз между токами /, и /₂ в 90° сила взаи­модействия магнитного потока электромагнита / с током, индуци­рованным в диске от потока электромагнита 2, будет всегда совпа­дать по направлению с силой взаимодействия магнитного потока электромагнита 2 с током, индуцированным в диске от потока элек­тромагнита 1. При совпадении токов /, и /₂ по фазе в среднем за пе­риод результирующая сила будет равна нулю.

Вращающий момент, приложенный к диску, определяется так:

где К — постоянный коэффициент, зависящий от конструктивных и обмоточных данных реле; ф — фазовый сдвиг между /, и /₂.

Этот вращающий момент, преодо­левая сопротивление пружины 4, по­ворачивает диск до тех пор, пока не замкнутся контакты 5.

Поскольку индукционное реле ре­агирует на фазу, его (как и электроди­намическое) можно применять в каче­стве реле фазы. Малая инерция по­движной части позволяет использовать такие реле как быстродействующие в схемах автоматической защиты и бло­кировки. Особенно они распростране-

ны в автоматике на железных дорогах. Они могут использоваться в качестве реле тока, напряжения, мощности, частоты, фазы, сопро­тивления. Достоинством их является то, что они не требуют подвода тока к подвижной части. Чувствительность индукционных реле не­велика, для их срабатывания требуется мощность не менее 0,5 Вт.

Рассмотрим также применение индукционного реле в качестве реле скорости (рис. 19.4). Входной вал 5 реле связан с механизмом, скорость которого требуется контролировать. На валу 5 установлен цилиндрический постоянный магнит 4. При вращении поле магни­та пересекает проводники короткозамкнутой обмотки 3 поворотно­го статора 6. В обмотке 3 наводится ЭДС, значение которой про­порционально скорости вращения входного вала 5. Под действием этой ЭДС по обмотке 3 проходит ток, сила взаимодействия которо­го с вращающимся полем магнита 4 стремится повернуть статор 6 в направлении вращения. При определенной скорости вращения сила возрастает настолько, что упор 2, преодолевая противодействие

плоской пружины, переклю­чает контакты реле. В зависи­мости от направления враще­ния переключается контакт­ный узел / или 7. Точность работы индукционного реле скорости невелика. В точных системах контроля скорости необходимо использование более сложной схемы, вклю­чающей в себя индукцион­ный датчик скорости и высо­кочувствительное поляризо­ванное реле.