Элементы магнитных систем

 

1)   Свойства магнито-мягких ферромагнетиков, применение этих материалов для изготовления реле.

2)   Свойства магнито-твердых ферромагнетиков, применение этих материалов для изготовления реле.

3)   Свойства диамагнетиков, применение этих материалов для изготовления реле.

4)   Что называют тяговой характеристикой (рис. 3.3).

5)   Что называют механической характеристикой (рис. 3.3).

 

3.3. Контактная система реле

 

Наиболее ответственными элементами, определяющими надеж­ность действия и срок службы, являются контакты, которые пе­реключают электрические цепи. Особенно высокие требования предъ­являют к контактам реле, работающим в импульсном режиме. Трансмиттерные и импульсные реле кодовой автоблокировки производят около 50 млн. переключений в год. От надежности работы этих приборов зависит действие автоблокировки, бесперебойность и без­опасность движения поездов, поэтому контакты реле должны обеспе­чивать надежное переключение электрических цепей, удовлетворяя ряду технических требований.

Основными параметрами контактов являются переходное сопро­тивление, контактное нажатие, коммутируемая мощность (напря­жение, ток) и температура нагрева.

 

Переходное сопротивление должно быть по возмож­ности небольшим, поэтому контакты в большинстве случаев изготов­ляют из металлов, обладающих высокой электрической проводи­мостью (серебро, платина, золото, красная медь, а также некоторые сплавы и металлокерамические композиции). Наилучшими свойства­ми обладает серебро: переходное сопротивление контактов из серебра сохраняется низким (не более 0,03 Ом) даже после окисления, по­скольку проводимость окиси серебра равна проводимости чистого серебра.

Контакты большей части реле железнодорожной автоматики и телемеханики, за исключением фронтовых контактов реле I класса надежности, изготовляют из серебра. Так как фронтовые контакты реле I класса надежности замыкают ответственные цепи, то должна исключаться возможность сваривания этих контактов, поэтому для изготовления фронтовых контактов применяют графит с серебряным наполнителем (графито-серебряная композиция), а общие и тыловые контакты делают серебряными. Переходное сопротивление контактов графит-серебро составляет не более 0,25 Ом.

Графито-серебряные контакты необходимо проверять на равно­мерное вкрапление серебра. При скоплении серебра на поверхности не исключается полностью возможность сваривания контактов.

Для изготовления усиленных контактов реле (трансмиттерных, аварийных, пусковых) применяют металлокерамические сплавы, в частности металлокерамический сплав марки СрКд86-14, содержа­щий 86% серебра и 14% кадмия. Переходное сопротивление таких контактов по техническим условиям должно быть не более 0,15 Ом.

Контакты в виде наклепок укрепляют на упругих пружинах. При срабатывании якорь реле перемещает подвижную пружину (об­щий контакт) до соприкосновения с неподвижной (фронтовой кон­такт). Поверхности соприкосновения (контакты) прижимаются друг к другу с определенным усилием, называемым контактным нажатием. Чтобы обеспечить длительную надежную работу кон­тактных пружин, они не должны иметь остаточных деформаций. С целью обеспечения надежности замыкания цепи некоторые кон­тактные пружины на концах разрезают, образуя два или три лепест­ка, на каждый из которых помещают контактирующий материал.

 

Для обеспечения надежного размыкания цепи между поверхно­стями контактов в разомкнутом состоянии делают зазор 1—5 мм. Для большинства реле железнодорожной автоматики и телемехани­ки он равен 1,3 мм.

Надежная работа контактов обеспечивается созданием соответ­ствующего контактного нажатия. Контактное нажатие фронтовых контактов для большей части реле должно быть не менее 0,3 Н, тыловых—0,15 Н. Для некоторых специальных типов реле преду­сматривают другие значения контактного нажатия.

Контактная система реле, как правило, рассчитана на переключе­ние электрических цепей постоянного тока при нагрузке 2 А напря­жением 24 В и переменного тока при нагрузке 0,5 А напряжением 220 В. В ряде случаев требуется переключение более мощных цепей (рельсовые цепи, пусковые цепи стрелочных электроприводов, пере­ключение цепей питания).

 

Неблагоприятным режимом работы кон­тактов является переключение (разрыв) цепи постоянного тока, в особенности при индуктивной нагрузке, так как при этом создаются условия для возникновения и поддержания дуги. В цепях перемен­ного тока дуга гаснет при прохождении мгновенного значения тока через нуль, поэтому при прочих равных условиях те же контакты в це­пях переменного тока могут коммутировать в два-три раза большую мощность.

Усиленные контакты изготовляют из металлокерамических спла­вов, между контактами предусматривают увеличенное расстояние, а также обеспечивают большее контактное нажатие.

Контакты аварий­ных реле рассчитаны на переключение электрических цепей перемен­ного тока напряжением 220 В при токе до 15 А. Контакты некоторых пусковых реле, предназначенные для коммутирования больших токов, имеют магниты дугогашения (магнитное дутье), при этом используют принцип возникновения силы, действующей на проводник с током (дуга), расположенный в магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом.

 

В соответствии с действующими техническими условиями на реле железнодорожной автоматики и телемеханики темпера­тура нагрева контактов допускается не более 100 °С по отно­шению к температуре окружающей среды. Повышение температуры контактов сверх допустимых норм приводит к увеличению со­противления контактного перехода, что в свою очередь вызывает дальнейший нагрев контактов. Таким образом, процесс может стать необратимым и приведет к разрушению контактов.

 

В момент размыкания цепи, содержащей индуктивность, поверх­ность соприкосновения контактов резко уменьшается, что приводит к быстрому возрастанию сопротивления, в то же время ток в цепи не успевает уменьшиться. Поэтому резко увеличивается выделяемая на контактах мощность, материал в точках соприкосновения плавится, между расходящимися контактами появляется жидкий мостик, кото­рый разрывается при дальнейшем увеличении расстояния между контактами. После этого происходит газовый разряд, сопровождае­мый появлением искры. В мощных цепях может возникнуть дуга. Искрение вызывает эрозию контактов, которая связана с плавлением, распылением и переносом материала с контакта на контакт. Это при­водит к изменению формы контактов, их быстрому износу и возмож­ности сваривания. Кроме того, при искрении и дугообразовании про­исходит окисление контактов при высоких температурах, это приво­дит к образованию непроводящих пленок и к временному или устой­чивому нарушению контакта.

Степень эрозии контактов зависит от тока и напряжения ком­мутируемой цепи, индуктивности и емкости цепи, материала контак­тов, состояния их поверхности, вибрации, условий окружающей сре­ды и ряда других факторов. Для каждого вида контактных материа­лов существуют определенные значения напряжения и тока, при превышении которых начинается искрообразование или возникнове­ние дуги. Чем ниже твердость и температура плавления металла, тем при меньших значениях напряжения и тока начинается искрообра­зование. Для большинства реле при токе переключения 0,5—1 А на­пряжение, при котором создаются условия возникновения искры, сос­тавляют около 300 В. В цепях с индуктивной нагрузкой возможно сильное искрение контактов, вызываемое э.д.с. самоиндукции, стре­мящейся сохранить ток такого же значения, который протекал по це­пи до момента ее размыкания. При этом напряжение, возникающее при размыкании контакта, может в десятки и даже сотни раз превы­шать напряжение источника питания, и хотя его действие весьма кратковременно, оно вызывает искровой разряд между размыкаемы­ми контактами.

При использовании в схемах совместно с реле полупроводниковых приборов под действием импульсов перенапряжения может нару­шиться нормальное действие бесконтактных схем или произойти их повреждение (пробой).

Для уменьшения искры и увеличения срока службы контактов применяют специальные меры: искрогасящие схемы, особые кон­струкции контактов из тугоплавких металлов и сплавов, магниты дугогашения и др. Наиболее широкое распространение получили искро­гасящие схемы, содержащие резисторы и конденсаторы, подключае­мые параллельно контакту или нагрузке (обмотке реле). Искрогасящий элемент выбирают с таким расчетом, чтобы напряжение на кон­тактах при размыкании не превышало напряжения зажигания искро­вого разряда Uз 300 В.

На схеме (рис. 3.4, а) контакт K шунтируется резистором r. В этой схеме ток, обусловленный э.д.с. самоиндукции, замыкается через ре­зистор r. Так как в первый момент после размыкания контакта K ток за счет э. д. с. самоиндукции равен , то максимальное напря­жение на контакте

где — напряжение источника питания;

R — сопротивление нагрузки, например сопротивление обмотки включаемого реле.

Чтобы напряжение на контакте не превышало 300 В, сопротивле­ние искрогасящего резистора:

При отключении реле НМШ1-1800 от источника питания 24 В со­противление резистора r не должно превышать 22 500 Ом. Эффект искрогашения тем лучше, чем меньше r. Однако при малом r теряется управляемость контакта, так как при разомкнутом контакте ток про­ходит через управляемый прибор (обычно другое реле), который мо­жет остаться возбужденным при размыкании контакта. Кроме того, при разомкнутом контакте непроизвольно расходуется электроэнер­гия.

Рис. 3.4. Схемы искрогашения

 

В схеме (рис. 3.4, б) контакт шунтируется конденсатором С. При размыкании цепи энергия вместо пробоя воздушного промежутка расходуется на заряд конденсатора. Однако при очередном замыка­нии контакта конденсатор разряжается через малое сопротивление контакта, что ухудшает условия работы последнего, особенно при частых переключениях. При пробое конденсатора С теряется управ­ляемость схемы.

Эти недостатки схемы в основном устраняются включением по­следовательно с конденсатором резистора r (рис. 3.4, в). Такую схему применяют наиболее часто, причем в практических схемах емкость конденсатора С равна 0,25—4 мкФ, а сопротивление резисто­ра r — 30—200 Ом. При пробое конденсатора в данном случае также теряется управляемость схемы, поэтому в ответственных схемах ее не применяют.

В схеме (рис. 3.4, г) контакт шунтируется нелинейным резистором (варистором) r. При рабочем напряжении цепи сопротивление этого резистора велико и практически не оказывает влияния на режим ра­боты цепи. В момент размыкания контакта и увеличения напряжения за счет э.д.с. самоиндукции сопротивление нелинейного резистора резко уменьшается, ограничивая перенапряжение на контактах.

Эффект искрогашения достигается также включением рассмот­ренных искрогасительных цепей параллельно нагрузке (рис. 3.4, д, е. ж, з). В схеме (см. рис. 3.4, д) резистор подключают параллельно нагрузке (например, обмотке реле). В момент размыкания контакта К ток, обусловленный э.д.с. самоиндукции, замыкается через резис­тор r. Чтобы напряжение на контакте Uк не превышало 300 В, сопро­тивление резистора

Подключение резистора r параллельно нагрузке повышает потреб­ление энергии от источника питания. Однако, если резистор по срав­нению с нагрузкой имеет высокое сопротивление, то этот недостаток не играет существенной роли. В тех случаях, когда нежелательно иметь дополнительный расход энергии, последовательно с резистором включают диод VD (рис. 3.4, и). Эта схема практически является равноценной схеме рис. 3.4, з. Диод включают по отношению к источ­нику питания во встречном направлении, его обратное сопротивление велико и потерь энергии почти нет. При размыкании контакта воз­никающая э.д.с. самоиндукции имеет обратное направление, ток за­мыкается через диод. Для исключения короткого замыкания при пробое диода последовательно с ним включают резистор. Включение диода для искрогашения вызывает замедление на отпус­кание управляемого реле, поэтому применение диода недопустимо, если появление замедления изменяет режим работы схемы.

При включении резистора (см. рис. 3.3, д) замедление на отпус­кание якоря также увеличивается, хотя и в меньшей степени. При с замедлением, обусловленным подключением резистора, можно практически не считаться. На временные параметры управ­ляемого прибора оказывают влияние в той или иной степени и схе­мы искрогашения (см. рис. 3.4, е, ж, з).

 

Вопросы для самоконтроля по пункту: