Глава 17

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ НЕЙТРАЛЬНЫЕ РЕЛЕ

§ 17.1. Назначение. Принцип действия

В системах автоматики одним из наиболее распространенных эле­ментов является реле — устройство, в котором при плавном измене­нии входного (управляющего) сигнала осуществляется скачкообраз­ное изменение (переключение) выходного сигнала.

В электромеханических реле изменение (переключение) выход­ного сигнала осуществляется посредством контактов, а усилие, пе­ремещающее контакты, создается электромеханическим преобразо­вателем электрической энергии в механическую. Простейшим из та­ких преобразователей является электромагнит. Поэтому из электромеханических реле наибольшее распространение получили электромагнитные реле.

Пусть входной сигнал х_т изменяется во времени непрерывно (т. е. может принимать любые значения) от нуля до некоторого зна­чения, а затем также непрерывно уменьшается, как показано на рис. 17.1, а. Сначала при малых значениях х_ю выходной сигнал х^ равен нулю. Но когда входной сигнал увеличится до некоторого значения х_тср, выходной сигнал скачком примет значение х_вккср (рис. 17.1, б). При дальнейшем увеличении входного сигнала выход­ной сигнал не изменяется и остается равным х_выхср. При уменьше­нии сигнала х_т значение выходного сигнала не изменяется, но при

уменьшении его до значения х_выхотп выходной сигнал скачком уменьшается до нуля. Пр)иг дальнейшем уменьшении входного сиг­нала нулевое значение выходного сигнала сохраняется. Зависимость выходного сигнала от входного показана на рис. 17.1, в.

Значение входного сигнала х_{т ср}, при котором выходной сигнал скачком изменяется от 0 до ^_ых._ср, называется сигналом срабатыва­ния. Значение входного сигнала х_ВХОТП, при котором выходной сиг­нал скачком изменяется от х_выхср до 0, называется сигналом отпус­кания. Как правило, сигнал срабатывания больше сигнала отпуска­ния (х_ткр > ^.отп). Поэтому изменение х_вых при увеличении х_т происходит по одному графику, а при уменьшении д:_вх — по другому (рис. 17.1, в). В этом случае можно сказать, что характеристика реле имеет петлю гистерезиса. В ряде случаев, когда значения сигналов срабатывания и отпускания близки, гистерезисом можно прене­бречь. В этом случае зависимость х_шх =Ax_m) показана на рис. 17.1, г. Теперь рассмотрим изменение выходного сигнала при изменении полярности входного сигнала. Если полярность выход­ного сигнала не влияет на полярность выходного сигнала, то при х,_х = -Хд_{Х ср} выходной сигнал скачком изменяется от нуля до х_{вых ср} (piic 17.1, д). Такую характеристику имеют нейтральные реле. Если полярность выходного сигнала влияет на полярность выходного сигнала, то при х_вх = -*_вхср выходной сигнал скачком изменяется от нуля до -х_выхср (рис. 17.1, е). Такую характеристику и подобные ей имеют поляризованные реле.

По принципу действия различают электромеханические реле, магнитные бесконтактные реле, электронные, полупроводниковые и фотоэлектрические реле и др.

; Реле применяются в схемах автоматического управления, а так­же для сигнализации, защиты и блоки­ровки.

Рассмотрим работу реле на примере схемы Сигнализации, показанной на рис. 17.2, с использованием реле. Реле состоит из обмотки /, размещенной на неподвижном сердечнике 2, подвижно­го якоря 3 и контактов 4, 5, 6. Сердеч­ник с обмоткой и якорем представляет собой электромагнит. Когда под дейст­вием напряжения U по обмотке / про­ходит ток /, якорь 3 притягивается к сердечнику 2 и перемещает подвижный контакт 6 влево. При этом контакты 5 и

6 размыкаются, а контакты 6 и 4 замыкаются. Контакт 6 размещен на плоской пружине. Когда ток в обмотке / прекратится, сила при­тяжения якоря 3 к сердечнику 2 будет равна нулю и усилие сжатой пружины контакта 6 заставит якорь вернуться в прежнее положе­ние. При этом снова замкнутся контакты 5, 6 и разомкнутся кон­такты 6 и 4. Таким образом, основными частями реле являются электромагнит, контактный узел и противодействующая пружина.

Сигнализация по схеме на рис. 17.2 работает следующим обра­зом. Пока кнопка не нажата, ток в реле не поступает и горит лампа HL1 (зеленая), которая питается напряжением сети переменного тока U~ через замкнутые контакты 5 и 6. Лампа HL2 (красная) при этом не горит, поскольку контакты 6 и 4 разомкнуты. Если нажата кнопка, то ток идет в обмотку реле, оно срабатывает (т. е. в элект­ромагните якорь 3 притягивается к сердечнику 2) и замыкаются контакты 6, 4, а контакты 5, 6 размыкаются. Загорается лампа HL2 (красная), получая питание через контакты 6, 4, а лампа HL1 гаснет. Так будет до тех пор, пока нажата кнопка. Если ее отпустить, то схема возвратится в исходное состояние.

На рис. 17.3 показана электрическая схема, соответствующая рис. 17.2, на которой использованы стандартные условные обозна­чения элементов. Обмотка реле обозначена прямоугольником. Кон­тактные пары 5—6 и 6—4 показаны в том состоянии, в котором они находятся, когда ток по обмотке реле не проходит. Контакты 5—6 называются размыкающими, контакты 6—4 — замыкающими. Об­ратите внимание на то, что обмотка реле и его контакты обозначе­ны одинаковыми буквами К. На электрической схеме они могут на­ходиться в самых разных местах, хотя конструктивно относятся к одному и тому же устройству. Одно реле может иметь несколько за­мыкающих и размыкающих контактов, но все они должны обозна­чаться одинаковыми буквами (или буквами и цифрами, если в схе­ме используется несколько реле).

Ток и мощность в цепи обмотки реле обычно значительно меньше, чем ток и мощность в цепи нагруз­ки, переключения в которой осуще­ствляются с помощью контактов этого реле. Поэтому можно говорить об эффекте усиления, обеспечивае­мом реле. Это значит, что кнопка в цепи обмотки реле может быть ма­ломощной. Например, вместо нее можно применить путевой выключа-

тель или микропереключатель. А контакты реле уже могут быть до­статочно мощными, но они размещены в более благоприятных условиях, чем управляющие контакты путевого выключателя, нахо­дящегося непосредственно на производственном механизме. Само реле находится обычно в каком-либо шкафу управления, а в конст­рукции реле предусмотрены меры по защите контактов.