7.2. Реле непосредственного действия

Реле переменного тока непосредственного действия по сравне­нию с реле постоянного тока имеют две особенности. Во-первых, для уменьшения потерь на вихревые токи и перемагничивание, магнитопровод выполняют из листовой стали с высоким удельным элект­рическим сопротивлением. Поэтому магнитопровод имеет обычно квадратное или прямоугольное сечение. Во-вторых, у реле перемен­ного тока существует вибрация якоря, так как магнитный поток и тяговое усилие периодически становятся равными нулю, и реле "стремится" отпустить якорь.

Для построения тяговой характеристики реле переменного тока используем формулу (4.16). Пренебрегая падением МДС в стали, будем считать Іw_в = Іw =iw. Тогда

Поскольку у реле R<<ωL, то z ≈ ωL. Применяя формулы (5.1) и (4.3), получим

(7.1)

Подставив выражение (7.1) в (4.16), получим

(7.2)

Из уравнения (7.2) следует, что в отличие от реле постоянного тока тяговое усилие у реле переменного тока является функцией времени и не зависит от воздушного зазора δ. Сила f_э имеет посто­янную составляющую f_э^΄=U_m²/(4w²ω²μ₀S) и переменную f_э^΄΄= - f_э^΄cos2ωt, которая изменяется с двойной частотой по сравне­нию с частотой питающего напряжения.

Тяговая характеристика построена как график функции (7.2) (рис. 7.2). Сила f_э всегда положительна, но периодически становится равной нулю при и = 0. Если f_м — минимальное усилие, необходи­мое для удержания якоря в притянутом положении, то в моменты времени (заштрихованные области), когда f_э < f_э, якорь будет отпу­щен. Вибрация якоря приводит к преждевременному механическо­му износу осей его крепления и нарушает надежность замыкания контактов.

Для борьбы с вибрацией якорь делают тяжелым, массивным относительно всей конструкции реле. В результате момент инерции якоря возрастает, реле не успевает отпустить якорь за время, когда f_э < f_э . Это, однако, увеличивает МДС притяжения реле и не устра­няет причину вибрации. Причину можно устранить, если создать в магнитной цепи реле два потока со сдвигом по фазе. Они создают два тяговых усилия f_э1и f_{э 2} со сдвигом по фазе φ (рис. 7.3, а) такие, что суммарное усилие f_э = f_э1+ f_{э 2} всегда больше f_м. Причем, f_э1+ f_{э 2} = max при φ=90^о.

Два магнитных потока со сдвигом по фазе получают в результа­те экранирования части сердечника медным кольцом (рис. 7.3, б) или короткозамкнутой обмоткой. Поток электромагнита расщепля­ется на две части Ф₁, и Ф₂. Переменный поток Ф₂ наводит в медном кольце ЭДС е_к и ток i_к. Магнитный поток Ф_к тока i_к препятствует изменению потока Ф₂. Если, например, поток Ф₂ в данный момент времени возрастает, то поток Ф_к направлен навстречу ему, но сов­падает по направлению с потоком Ф₁. Как следует из векторной диаграммы (рис. 7.3, в), суммарный поток под неэкранированной частью сердечника Ф_ь опережает суммарный поток под экраниро­ванной частью сердечника Ф_а на угол φ. При построении векторной диаграммы предполагается, что векторы Ф_к и I_к совпадает по фазе с вектором е_к (пренебрегая индуктивностью медного кольца), кото­рый отстает от вектора Ф₂ на 90°. Такой способ обеспечивает угол φ = 50 80°.