Вопрос 5
Принципы действия и выполнения индукционных систем. Работа индукционных реле основана на взаимодействии переменных магнитных потоков с токами, индуктированными ими в подвижной системе реле. Основными элементами реле являются два электромагнита 1 и 2 и подвижная система 3, расположенная в магнитном поле электромагнитов (рис.2.26). Подвижная система выполняется из немагнитного электропроводящего материала в виде медного или алюминиевого диска, либо полого цилиндра (барабанчика), закрепленного на вращающейся оси 4. С осью 4 жестко связан подвижный контакт реле 5, замыкающий при повороте неподвижные контакты 6. Движению диска в сторону замыкания контактов противодействует спиральная пружина 7.
Обмотки электромагнитов
1
и 2
питаются переменными (синусоидальными)
токами I1
и I2,
которые создают переменные магнитные
потоки Ф1
и Ф2.
Положительное направление токов и
соответствующее им положительное
направление потоков, определяемое по
правилу буравчика, показаны на рис.2.26.
Векторная диаграмма их изображена на
рис.2.27. Пренебрегая потерями на
намагничивание, потоки Ф1
и Ф2
показаны на диаграмме совпадающими с
токами I1
и I2.
Магнитный поток Ф1,
пронизывая подвижную систему 3,
наводит в диске ЭДС
,
поток Ф2
– ЭДС
.Наведенные
ЭДС отстают по фазе на 90° от вызывающих
их магнитных потоков. Под действием ЭДС
ЕД1
и ЕД2
в подвижной системе возникают вихревые
токи IД1
и IД2,
замыкающиеся вокруг оси индуктирующего
их магнитного потока. Положительные
направления IД1
и IД2,
определенные по правилу буравчика по
положительному направлению потоков Ф1
и Ф2,
показаны на рис.2.27. Вследствие малой
индуктивности контура вихревых токов
их векторы IД1
и IД2
принимаются совпадающими по фазе с
вызвавшими их ЭДС (ЕД1
и ЕД2).
В рассматриваемой конструкции возникают две силы: FЭl = k1Ф1IД2 – обусловленная взаимодействием магнитного потока Ф1 и тока IД2, наведенного другим потоком Ф2, и FЭ2 = k2Ф2IД1 вызванная воздействием потока Ф2 на ток IД1, наведенный потоком Ф1.
Силы взаимодействия потока Ф1 со «своим» током IД1 и Ф2 с вихревым током IД2 равны нулю.
Направление сил
FЭl
и FЭ2
и создаваемые ими моменты вращения МЭ1
и МЭ2
определяются их средними значениями
за период, которые зависят от угла сдвига
фаз между взаимодействующими потоками
и токами в диске. Силы FЭl
и FЭ2
определяются по правилу «левой руки»
и показаны на рис.2.26. Результирующая
электромагнитная сила FЭ
= FЭl
+ FЭ2.
Результирующий электромагнитный момент
МЭ
= FЭd,
где d
— плечо силы FЭ
относительно оси в
ращения.
Момент МЭ
приводит в движение подвижную систему
3,
которая в зависимости от знака
(направления) МЭ
действует в сторону замыкания или
размыкания контактов реле 5.
Электромагнитная сила FЭ и ее момент МЭ. Значение результирующей электромагнитной силы FЭ выражается через магнитные потоки Ф1 и Ф2, создаваемые токами, питающими обмотки электромагнитов реле, угол сдвига фаз между ними ψ и частоту входных токов :
(2.12)
Соответственно электромагнитный момент
(2.13)
где Ф1 и Ф2 – действующие значения магнитных потоков; k, k', k" – постоянные величины.
Анализируя выражение (2.13), можно сделать следующие выводы:
1) результирующий момент пропорционален действующим (или амплитудным) значениям магнитных потоков и зависит от сдвига фаз ψ между токами, подведенными к реле. Это означает, что индукционные реле могут служить для сравнения фаз входных токов. Реле имеет максимальный момент при ψ = 90° и не действует при ψ = 0;
2) знак момента зависит от sin ψ. Результирующая сила FЭ направлена от оси опережающего к оси отстающего магнитного потока;
3) конструкция реле должна обеспечить создание не менее двух переменных магнитных потоков (Ф1 и Ф2), пронизывающих подвижную систему в разных точках и сдвинутых по фазе на угол ψ 0;
4) поскольку действующие значения магнитных потоков Ф1 и Ф2 являются постоянными величинами, то мгновенное значение моментов индукционных реле в отличие от электромагнитных не изменяется во времени. Поэтому у индукционных реле отсутствует вибрация контактов, если токи и напряжения, создающие соответствующие потоки, синусоидальны;
5) на индукционном принципе могут выполняться только реле переменного тока: реле тока, направления мощности, сопротивления и др.