§ 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 чувствитель­ность.

Принцип действия бесконтактного магнитного реле основан на использовании в магнитном усилителе положительной обратной свя­зи с В § 23.6 было рассмотрено построение характеристики 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 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

Для получения больших значений 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 (и соответствующее ей значение тока управления /_у) и по оси ординат напряженность (и соответствующее ей

значение тока нагрузки ). Для идеального магнитного усилителя , поэтому линейный участок характеристики / на рис. 26.7 имеет угол наклона к оси ординат 45°. На этом же графике строим характеристику обратной связи, представляющую собой прямую 2, проведенную по отношению к оси ординат под углом

Так как мы проводим построение для случая , то и

прямая 2 проходит ниже линейного участка характеристики 1. Пе­ресечение характеристики / и прямой 2 дает значение тока нагруз­ки при Затем проводим несколько прямых, параллельных прямой / из различных точек, соответствующих новым значениям Обратите внимание, что при этом пересечение происходит не в одной, а в двух и даже трех точках. Теоретически характерис­тика имеет S-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 показана сплошной линией. При постепенном изме­нении управляющего сигнала (начиная с больших отрицатель­ных значений — ) в сторону увеличения (абсолютное значе­ние тока при этом уменьшается) ток в нагрузке сначала плавно изменяется до точки в. Дальней­шее изменение тока 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 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 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 выполнять роль триггера, т. е. запоминающего устройства. При реле имеет два устойчивых состояния (точки а и б на рис. 26.8, в). Реле будет находиться в том состоянии, в котором оно находилось до снятия управляющего сигнала 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 б (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.