Тема 1. 3. Электрические реле

Нейтральные реле одинаково реагируют на постоянный ток любой полярности в его обмотке. Чаще всего используется реле с поворотным якорем (рис. 1.19,6). Сердечник 1, ярмо 2 и якорь 3 образуют магнитную цепь реле- магнитопровод. На сердечнике помещается каркас 4 с одной или несколькими обмотками 5, имеющими выводы 6. При протекании по обмотке электрического тока якорь притягивается к сердечнику. Движение якоря через непроводящую колодку 7 передается на контактные пружины 8, в результате чего происходит замыкание одних и размыкание других контактов. При выключении тока якорь возвращается в исходное состояние под действием контактных пружин, а также возвратной пружины 9. В якорь против оси сердечника запрессован немагнитный штифт 10, не позволяющий якорю вплотную прилегать к сердечнику и предохраняющий тем самым якорь от «залипания» при выключении тока. Такую конструкцию имеют наиболее распространенные реле типа РКН, РЭМ, КДР, РЭС, НМШ, РЭЛ и др.

Рис.1.19. Статическая характеристика (а) и конструкция реле электромагнитного реле с поворотным якоре.

Выходная характеристика реле представлена на рис. 1.19а. Перекидывание контактов происходит в момент достижения напряжения срабатывания xср. Средний контакт и верхний контакты замкнуты (уmax). При дальнейшем увеличении напряжения выходное значение не изменится. Если теперь уменьшать напряжение, то размыкание контактов произойдет не при хср, а при хт.п. Возникает характерная петля. Это связано с особенностями конструкции реле.

Основные параметры реле:

1. Ру- мощность управления.

2. Рком- коммутируемая мощность.

3. tср- время срабатывания.

4. tотп- время отпускания.

При пропускании по обмотке реле 5, тока 1 создается магнитный поток Ф, который замыкается через сердечник, ярмо, якорь и воздушный зазор между сердечником и якорем (рис. 1.19,6). Этот магнитный поток создает тяговое усилие, пропор­ционально квадрату тока и I, не зависит от направления тока в управляющей обмотке и обратно пропорционально квадрату длины δ воздушного зазора.

Поляризованные реле реагируют не только на величину входного сигнала (как нейтральные), но и на его полярность. Основные достоинства поляризованных реле: высокая чувствительность и высокое быстродействие. На рис. 1.20 показана одна из возможных конструкций поляризованного реле, где 1, 2 - намагничивающие обмотки, создающие в ярме 3 рабочий магнитный поток Ф_р; 4 - постоянный магнит, создающий магнитный поток Ф₀; 5 - якорь; 6 - контакты.

Тяговое усилие, действующее на якорь, определяется совокупностью независимых потоков Фо и Ф_р. Пусть магнитный поток Фр направлен по часовой стрелке. При этом справа от якоря 5 будет Фо + Ф_р ,а слева Фо - Ф_р .Справа магнитное поле будет более интенсивнее чем слева якорь 5 притягивается направо.

Если обесточить обмотки то якорь останется в том же положении. Если поменять полярность напряжения, то большая интенсивность магнитного поля будет слева. Якорь 5 перекинется налево.

В рассмотренном реле неподвижные контакты были расположены симметрично относительно магнитной нейтрали. Такая настройка реле называется двухпозиционной нейтральной

Рис.1.20. Поляризованное реле.

Если якорь подвесить на пружинах, то в обесточенном состоянии якорь займет нейтральное. положение (рис. 1.20,в). При подаче в обмотку реле тока той или иной полярности якорь притянется к правому или левому контакту. Такая настройка называется трехпозиционной.

Отечественная промышленность выпускает высокочувствительные малогабаритные поляризованные реле РП-4, РП-4М (с нейтральной настройкой), РП-5 (с трехпозиционной настройкой) и РП-7 (с настройкой «на преобладание»), а также поляризованные реле РПС-4, РПС-5, РПС-11 и др.

Электромагнитные реле переменного тока. Реле этого типа применяют при питании их обмоток переменным током. Работа реле переменного тока имеет ряд особенностей, определяющих их конструкцию. Для уменьшения потерь на гистерезис и вихревые токи сердечник, ярмо и якорь реле переменного тока изготовляют из листовой электротехнической стали подобно трансформаторам. Кроме того, в этих реле предусмотрено устройство, препятствующее отпаданию якоря в момент равенства нулю тока питания обмотки. При синусоидальном напряжении питания ток в обмотке реле, а также поток в воздушном зазоре Фδ меняются по синусоидальному закону, а следовательно, имеет вид представленный на рис. 1.21,а. В моменты, когда тяговое усилие Рэм становится меньше противодействующего усилия пружины Рм якорь на время отходит от сердечника и вновь притягивается при возрастании тягового усилия. Это приводит к периодическим ударам якоря о сердечник и ускоренному износу реле. Вибрацию можно устранить увеличением массы якоря, применением двухфазного реле, охватом части сердечника короткозамкнутой обмоткой.

Рис.1.21. Реле переменного тока.

Двухфазное реле (см. 1.21,б) имеет магнитопровод из двух отдельных стержней с самостоятельными обмотками W1 и W2 и один общий якорь. Обмотка W1 подключается к источнику переменного тока непосредственно, а обмотка W2 - через конденсатор С. Тяговое усилие не меняется от времени.

В реле с короткозамкнутой обмоткой (рис. 1.21,г) последняя выполненная из одного или нескольких витков толстого медного провода - экрана (Э), охватывает одну из двух частей разрезанного конца сердечника. Протекающий по обмотке переменный ток создает два сдвинутых по фазе потока Ф1 и Ф2. При этом суммарное тяговое усилие действующее на якорь в любой момент времени, выше противодействующего усилия Рм. Промышленность выпускает много типов реле переменного тока, основными из которых являются: РП-1, РП-2, РП-25, РП-26, ПЭ-1, ПЭ-4 и т. д.

Часто в цепях переменного тока используют реле постоянного тока, подключаемые к источнику питания через полупроводниковые выпрямители.

Электротермическое реле. В основе действия реле лежит эффект расширения твердого тела при нагревании его электрическим током. Наибольшее распространение получили биметаллические реле (рис. 1.22), основной частью которых является термобиметаллическая пластина 1, состоящая из двух скрепленных полос металла с резко различающимися коэффициентами теплового расширения (обычно латунь и инвар). На пластину намотана обмотка 3, которая нагревает пластину при прохождении по обмотке тока. Вследствие различного удлинения слоев металлов пластинка при нагревании изгибается и замыкает контакт 2 с контактом 4. Биметаллические реле чаще всего применяются в-качестве реле защиты и реле времени. Мощность их срабатывания - несколько ватт, время срабатывания от десятых долей секунды до нескольких минут. Выдержка времени устанавливается с помощью изменения расстояния между контактами.

Рис.1.22. Конструкция электротермического реле.