Принцип действия реле и их классификация

 

24. 1)   Поясните принцип действия прибора релейного действия (рис. 3.1).

25. 2)   Объясните работу электромагнитного реле (рис. 3.2).

26. 3)   Достоинства и недостатки контактных реле.

27. 4)   Перечислите свойства, которыми должно обладать реле I класса надежности.

28. 5)   Классификация реле по принципу действия.

29. 6)   Классификация реле по времени срабатывания.

30. 7)   Что понимают под величиной коэффициент возврата реле.

31. 8)   Какая информация содержится в маркировке реле.

32. 9)   Что означают первые буквы маркировки (Н, К, СК, П, ДС, А, И).

33. 10)     О чем говорит наличие буквы «В» в маркировке.

34. 11)     О чем говорит наличие буквы «М» в маркировке.

35. 12)     Какую информацию несет цифровая маркировка.

36. 13)     Обозначение обмоток реле в электрических схемах.

 

3.2. Элементы магнитных систем

 

По магнитным свойствам все вещества подразделяются на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Магнитные свойства вещества во многом определяются относительной магнитной прони­цаемостью (Гн/м), которая показывает, во сколько раз проницае­мость вещества больше или меньше проницаемости вакуума:

У диамагнитных веществ <1, поэтому магнитная индукция при одной и той же напряженности магнитного поля Н в таких веществах меньше, чем в вакууме. Диамагнетиками являются инерт­ные газы, вода, некоторые металлы (золото, серебро, медь, свинец, цинк, висмут) и многие органические соединения.

 

В парамагнитных веществах магнитные свойства выражены сла­бо, их относительная магнитная проницаемость больше единицы, поэ­тому магнитная индукция в этих веществах несколько больше маг­нитной индукции в вакууме при одинаковой напряженности внеш­него магнитного поля. К парамагнетикам относятся многие металлы (кальций, магний, хром, молибден, алюминий, марганец и соли же­леза, кобальта, никеля и др.).

 

Веществами с сильно выраженными магнитными свойствами яв­ляются ферромагнетики, у которых относительная магнитная про­ницаемость >> 1 и может достигать десятков и даже сотен тысяч.

Ферромагнитными свойствами обладает небольшое число хими­чески чистых элементов (железо, никель, кобальт, гадолиний и неко­торые редкоземельные элементы). Однако имеется большое число сплавов, обладающих ферромагнитными свойствами,— это сплавы самих ферромагнитных элементов и их сплавы с неферромагнитными элементами. Получены ферромагнитные сплавы из неферромагнит­ных элементов. К ферромагнитным веществам относятся ферриты, состоящие из окислов металлов, иногда их называют неметалличес­кими ферромагнетиками. Ферриты широко применяют в качестве магнитных сердечников индуктивных элементов электрических фильтров. Ферромагнитные материалы подразделяют на магнитомягкие и магнитотвердые материалы.

 

Магнитная система реле должна обеспечивать его срабатывание при малой потребляемой мощности и небольших размерах активных материалов. При выключении тока должно обеспечиваться надежное отпускание якоря, поэтому для изготовления магнитных систем реле (сердечников, ярма и якоря) применяют магнитомягкие и фер­ромагнитные материалы. Магнитомягкими материалами являются электротехнические стали и сплавы на основе железа с другими ме­таллами, никелевые сплавы — пермаллой, кобальтовые сплавы — пермендюры и др.

Электротехнические стали являются наиболее дешевыми магнит­ными элементами, поэтому их широко применяют при изготовлении магнитных реле. Для магнитных систем реле постоянного тока ис­пользуют низкоуглеродистую электротехническую сталь марки Э.

Эти материалы обладают: высокой относительной магнитной про­ницаемостью (до 200000), обеспечивающей большой магнитный поток при малой напряженности поля, создаваемый катушкой; малой коэрцитивной силой с целью уменьшения потерь на гистерезис (перемагничивание); большим удельным электрическим сопротивлением для уменьшения потерь на вихревые токи; хорошей износоустой­чивостью с целью сохранения магнитных свойств.

В магнитных элементах реле систем железнодорожной автомати­ки, обеспечивающих безопасность движения поездов, особенно неже­лательным является наличие остаточной индукции (намагничива­ния), так как это ухудшает стабильность параметров реле, снижает коэффициент возврата, увеличивает время отпускания якоря и, что особенно опасно, может привести к залипанию его. Для исключения залипания якоря на нем устанавливают упорный штифт из немагнит­ного материала (обычно бронзы), гарантирующий минимальный воз­душный зазор между якорем и сердечником.

Магнитные элементы реле переменного тока изготовляют из от­дельных пластин электротехнических сталей толщиной 0,35—0,50 мм с повышенным содержанием кремния для увеличения удельного элек­трического сопротивления и снижения потерь на вихревые токи.

 

Постоянные магниты поляризованных и комбинированных реле изготовляют из магнитотвердых материалов, обладающих высокой остаточной индукцией и большой коэрцитивной силой, так как они в отличие от электромагнитов должны сохранять неизменной неогра­ниченно долго запасенную энергию, которая определяется значения­ми остаточной индукции и коэрцитивной силы. Постоянные магниты обычно делают из сплавов железа с вольфрамом, хромом, кобальтом или никелем. Одним из лучших магнитных сплавов является альникосплав, содержащий алюминий, никель и кобальт.

 

Расчеты электромагнитных реле и прежде всего расчеты их маг­нитных полей представляют трудную задачу. Эта трудность обуслов­лена главным образом тем, что в процессе работы реле (притяжения, отпускания якоря и переключения контактов) непрерывно изменяется размер воздушного зазора между сердечником и якорем, что влияет на многие другие параметры.

Работа реле во многом определяется тяговой и механической (на­грузочной) характеристиками реле.

 

Тяговой характеристикой называют зависимость элек­тромагнитного усилия от воздушного зазора между якорем и сердеч­ником. Это усилие при уменьшении воздушного зазора и неизмен­ных намагничивающих силах непрерывно возрастает, так как с уменьшением зазора возрастает магнитный поток из-за уменьшения сопротивления магнитной цепи. При увеличении намагничивающих сил катушки электромагнитное усилие Fэ возрастает.

Характер тяговых характеристик (рис. 3.3, а) различных типов ре­ле изменяется незначительно, они имеют вид гипербол в пределах из­менения зазора от мах до min.

Рис. 3.3. Тяговая и механическая характеристики реле

 

Механической характеристикой называют зависи­мость противодействующего усилия от размера зазора между якорем и сердечником. Механическая характеристика реле может быть полу­чена измерением усилия Fм на якоре в различных его положениях (обмотка реле при измерениях должна быть выключена). Механи­ческая характеристика реле представляет собой ломаную кривую (рис. 3.3, б), характер которой зависит от типа и конструкции реле, так как механические усилия различных реле отличаются.

Срабатывание реле будет обеспечено лишь в том случае, если тя­говая характеристика находится выше механической. Естественно, что реле отпустит якорь в том случае, если тяговая характеристика при намагничивающих силах отпускания будет ниже механической характеристики.

Электромагнитное усилие реле приближенно

где — магнитодвижущая сила, А;

и — зазор и площадь сечения воздушного зазора, см².

 

Вопросы для самоконтроля по пункту: