Реле как усилитель » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Реле как усилитель

15.09.2014

Реле представляет собой электромагнитное устройство, в котором входная электрическая величина (ток), достигнув некоторого значения, преобразуется в перемещение якоря, который механически замыкает контакты более мощной электрической цепи управления. Термин «реле как усилитель» вводится ввиду того, что подводимая мощность составляет сотые доли ватта, а мощность цепи управления — сотни и даже тысячи ватт. Электромеханическое реле относится к усилителям дискретного действия. Различают нейтральное реле (постоянного тока), реле переменного тока и поляризованное реле.
По конструктивному исполнению различают реле с якорем клапанного типа, с втяжным и поворотным якорем.
Реле как усилитель

Нейтральное реле (рис. 3.7, а) состоит из сердечника 3, катушки 4, магнитопровода 5, якоря 1, штока 8, замыкающего контакта 6, размыкающего контакта 7, возвратной пружины 9, штифта отлипания 2. При подаче в катушку реле тока образующийся магнитный поток (показано пунктиром) притягивает якорь к сердечнику; при это он, поворачиваясь, воздействует штоком 8 на контакты цепи управления.
К основным характеристикам электромеханического реле относятся мощность срабатывания, мощность управления, коэффициент усиления, тяговая и механические характеристики, коэффициент возврата, срок службы реле, время срабатывания.
Под мощностью срабатывания понимают ту минимальную мощность, при которой происходит замыкание контактов.
Мощность управления — это максимально допустимая мощность, которую могут коммутировать контакты реле, работая при этом нормально, не обгорая. Для нейтрального реле эта мощность может составлять 10в-1...10в4 Вт.
Коэффициент усиления по мощности определяется выражением
Реле как усилитель

где Рывх — выходная мощность, которую могут коммутировать контакты реле; Pвх — входная мощность катушки реле.
Под тяговой характеристикой реле понимают электромагнитное усиление притяжения, действующее на якорь реле. Значение этого притяжения можно определить, используя метод энергетического баланса. Известно, что при включении катушки в цепь процесс изменения тока в катушке описывается следующим уравнением:
Реле как усилитель

где U — постоянное напряжение, В; I — ток в катушке. A; w — число витков катушки; Ф — магнитный поток, Вб.
Умножив обе части на Idt и проинтегрировав полученное выражение, получим
Реле как усилитель

где t — время, в течение которого магнитный поток изменяется от 0 до Ф.
Левый интеграл представляет собой энергию, полученную от источника питания. Первый параметр правой части уравнения представляет собой энергию, которая перешла в тепловую, а второй — в энергию Pз, запасенную в магнитном поле реле.
При элементарном перемещении якоря за счет усиления притяжения на величину dδ он совершает элементарную работу dА, т.е. dA = Pз dδ (где Pз — усилие притяжения). С другой стороны, дА = -dPз. Знак «минус» указывает на то, что положительное усилие притяжения происходит при уменьшении зазора δ. Подставив данное выражение, получим
Реле как усилитель

Значение приращения магнитного потока dФ определяется по формуле
Реле как усилитель

Магнитная проводимость воздушного зазора определяется по формуле
Реле как усилитель

где Rв — магнитное сопротивление воздушного зазора; S — сечение воздушного зазора, см2.
Тогда очевидно, что
Реле как усилитель

где μ0 — магнитная проницаемость воздуха.
Таким образом, тяговое усилие
Реле как усилитель

Тяговые характеристики для различных значений тока показаны на рис. 3.7, б. Верхняя кривая представляет собой ампер-витки срабатывания (Iw)cpaб, при котором производятся притягивание якоря и замыкание или размыкание контактов реле цепи управления 6, 7 (см. рис. 3.7, а); нижняя кривая представляет собой ампер-витки отпускания (Iw)отп реле (см. рис. 3.7, б), т.е. возврат реле в исходное положение.
Под механической характеристикой понимают значение усилия Рм, которое противодействует усилию притяжения якоря или усилию сопротивления пружины 9 (см. рис. 3.7, а). Динамический режим работы якоря и всех подвижных частей реле определяется следующим дифференциальным уравнением:
Реле как усилитель

где m — приведенная масса движущихся частей; δ — зазор; ξ — коэффициент сопротивления движению (коэффициент вязкости); с — приведенная жесткость пружин.
Если пренебречь приведенными массами и силами сопротивления движению, то получим более простое выражение:
Pм = c(δ).

Следовательно, характеристика противодействующего усилия будет представлять собой прямую линию, наклонную к абсциссе под углом, зависящим от приведенной жесткости пружины с и зазора δ (Рм = f(δ)), что показано на рис. 3.7, б. Скачок характеристики в точках а—а объясняется моментом соприкосновения контактов и их поджатия для большей гарантии их соприкосновения.
Следует отметить, что для нормальной работы необходимо, чтобы механическая характеристика реле (Рм = f(δ)) находилась во внутренней области тяговых кривых срабатывания (Iw)сраб и отпускания (Iw)отп, в противном случае реле может не сработать или не отпустить. Для предотвращения залипания якоря в нем устанавливается специальный штифт отлипания.
Коэффициент возврата является одной из важнейших характеристик реле. Под коэффициентом возврата понимают следующее отношение:
Реле как усилитель

где (Iw)отп — ампер-витки отпускания реле; (Iw)сраб — ампер-витки срабатывания.
Под ампер-витком срабатывания понимают то минимальное значение тока катушки реле, при котором происходит замыкание контактов реле (реле сработало). Это необходимое значение тока зависит от числа витков катушки реле, ее сопротивления и других параметров. Значение тока срабатывания приводится в паспортных данных реле.
Под током отпускания понимают то минимальное значение тока, при котором происходит отпадание якоря от сердечника и размыкание контактов реле. Ток отпускания всегда меньше тока срабатывания, и поэтому для различных реле коэффициент возврата kв = 0,2...0,9.
Срок службы реле зависит от износа контактов реле. Помимо механического износа из-за ударов друг о друга контакты обгорают. Это происходит потому, что электрическая цепь, которой управляют контакты реле, имеет активное и индуктивное сопротивление. Вследствие этого при размыкании ток размыкания совпадает с основным током и между контактами проскакивает искра, которая и вызывает их обгорание. Искрообразование (электрическая дуга) возникает в том случае, если ток и напряжение больше некоторых минимальных значений — в среднем более чем 0,5 А при 12 В.
Для увеличения срока службы и надежности работы контактов их делают парными, так как совпадение отказов двух контактов одновременно является маловероятным. Срок службы увеличивают путем установки так называемых искрогасящих контуров.
Схемы искрогашения, применяемые на практике, показаны на рис. 3.7, в, г. Их назначение состоит в том, чтобы замедлить исчезновение тока при размыкании контакта К.
Для этой цели применяют шунтирование емкостью С с сопротивлением контактов R (см. рис. 3.7, в) индуктивной нагрузки Lн. В этом случае возникающий переходный ток размыкания протекает не через контакт К, сопротивление которого Rв → ∞, а заряжает конденсатор С, тем самым предотвращает обгорание контактов. На второй схеме (см. рис. 3.7, г) индуктивная нагрузка шунтируется диодом VD, который в момент размыкания К открывается и ток размыкания проходит по нагрузке Rн.
Для уменьшения износа контактов применяют различные специальные материалы. Для контактов, работающих на малых токах (I ≤ 0,5 А), применяют платину, серебро в сплаве с никелем и медью.
Для контактов, работающих в области больших токов, применяют специальные композиции. Стойкость композиции к коррозии и оплавлению контактов основывается на том, что при расплавлении металла он удерживается на поверхности контакта силами капиллярности. Композиции изготовляются методом металлокерамики. Наиболее распространенными являются композиции серебро—вольфрам, медь—вольфрам, медь—молибден.
Конструктивно контакты располагаются на плоских пружинах из фосфористой бронзы, нейзильбера, реже — из стали.
Срок службы реле и нормальная эксплуатация также определяются параметрами обмотки.
Время срабатывания реле
tсраб = tтp + tдв,

где tтр — время трогания, т.е. промежуток времени, в течение которого ток нарастает от нуля до тока срабатывания, в конце этого промежутка электромагнитное усилие превысит противодействующее и якорь придет в движение; tдв — время движения якоря при его перемещении из нормального состояния в притянутое.
Время отпускания tотп также состоит из двух аналогичных составляющих. Время движения якоря при отсутствии специальных тормозящих устройств значительно меньше времени трогания.
Время срабатывания реле зависит в основном от времени трогания.
Реле можно подразделить по временным параметрам на нормальные (tсраб ≈ 30...50 мс), быстродействующие (tсраб составляет несколько миллисекунд) и замедленные, так называемые реле времени, у которых временные параметры специальными методами увеличены от десятых долей секунды до минут.
Реле переменного тока изображено на рис. 3.7, д. Для устранения вибрации якоря 11, а следовательно, и контактов при питании катушки реле переменным током торец 10 сердечника реле раздваивают и надевают короткозамкнутое кольцо 12. При включении реле в нем наводится ЭДС и возникает ток, вызывающий появление другого магнитного потока, сдвинутого относительно главного. При этом суммарный магнитный поток, действующий на якорь, в любой момент времени не будет равен нулю. Вибрация прекращается. В основном реле переменного тока имеет такие же конструкцию и характеристику, что и нейтральное реле постоянного тока. Отличие состоит в том, что начальное электромагнитное притяжение якоря у реле переменного тока больше ввиду того, что это усилие притяжения пропорционально квадрату ампер-витков катушки, т.е. Pэ = k(Iw)2, а так как в начальный момент притяжения переменный ток /больше значения номинального, то и усилие электромагнитного притяжения будет больше.
Поляризованное реле имеет подвижный якорь 75 на пружине 17 и обмотку 16 (рис. 3.7, е). Однако сердечник реле 13 имеет постоянный магнит 18, который образует магнитный поток. Это и поляризует реле, т.е. делает его чувствительным к полярности тока сигнала управления Uу.
Магнитный поток сигнала управления Фу показан на рис. 3.7, ж. Суммируясь с постоянным магнитным потоком, магнит Фм действует на якорь в определенном направлении.
Как показано на рис. 3.7, е, якорь сработает влево, замыкая левую цепь 19. При изменении полярности управляющего сигнала изменится направление управляющего магнитного потока Фу и якорь сработает вправо.
Поляризованные реле бывают двух- и трехпозиционные. У двухпозиционных реле якорь может занимать только два положения: правое или левое; при этом после обесточивания реле положение якоря не изменится. У двухпозиционных реле (поляризованных) после их обесточивания якорь занимает преобладающее положение: правое или левое.
Для настройки преобладающего положения контакты поляризованного реле могут перемещаться при помощи специальных винтов.
У трехпозиционных реле якорь занимает три положения: нейтральное (в середине), левое или правое.
Помимо отмеченных свойств усилителя электромеханические реле выполняют функции распределительного (множительного) устройства, так как контакты реле могут одновременно включать и отключать различные электрические цепи управления.
Реле как усилитель

Релейные усилители серии «Логика-И» (рис. 3.8) представляют собой устройства, основными элементами которых являются герконовые реле типа РПГ-2,5,6. На рис. 3.8 приведена принципиальная схема одного из усилителей И-403. При подаче напряжения к цепи реле (выводы 3 и 14) полярностью, соответствующей непроводящему состоянию диода VD, происходит замыкание контактов К реле; при этом замыкается цепь управления (1—16). Параллельно реле включен диод VD для уменьшения перенапряжений, возникающих при отключении обмотки реле. Достоинством герконовых реле является большой срок службы контактов и обмоток. Число срабатываний составляет в среднем 10в8 раз.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: