Электромагнитное реле постоянного тока

Реле — электромеханическое устройство, предназначенное для коммутации электрических цепей, цепей сигнализации и управления.

Чаще всего реле используется в системах управления и зачастую являются как коммутационными, так и усиливающими элементами цепи.

Следует помнить, что по характеру включения сеть устройства могут быть первичными и вторичными. Первичные реле включаются непосредственно в управляющие цепи управления, вторичные подключаются через измерительные трансформаторы, лабораторные резисторы, шунтирующие сопротивления.

Также одним из достоинств релейных устройств и элементов является очень высокое сопротивление между открытыми контактами, что выгодно отличает их твердотелых реле, использующих вместо катушки полупроводниковые элементы.

Твердотельные устройства очень чувствительны к качеству управляющего сигнала и имеют высокую вероятность ложного срабатывания в результате внештатного электромагнитного импульса или при увеличении напряжения в управляемой сети сверх оптимальных значений.

Помимо стандартных электромагнитных реле некоторые источники относят к этой группе устройств и герконовые реле, главной отличительной чертой которых является использование, в качестве управляющего сигнала, вместо электрического сигнала магнитное поле вырабатываемое постоянным или электромагнитом.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РЕЛЕ

Конструктивно электромагнитное реле представляет собой катушку выполняющую роль втягивающего устройства.

Она состоит из основания из немагнитного материала, на которое намотан медный провод, который, в зависимости от исполнения, может быть в изоляции из тканевых, синтетических материалов, но в большинстве случаев проводник покрывается диэлектрическим лаком.

При подаче напряжения на катушку происходит втягивание металлического сердечника, связанного с толкателем, который приводит в движение контакты.

В зависимости от назначения контактный блок реле может состоять из нормально открытых (разомкнутых) или нормально закрытых (замкнутых) контактов, в некоторых случаях блок контактов может совмещать в себе оба типа контактов.

Более подробно устройство реле можно понять если разбить его составляющие на блоки:

управляющий — служит для преобразования управляющего сигнала (в нашем случае из электрического — в магнитное поле);
блок промежуточных элементов — приводит в действие исполнительный механизм;
исполнительный блок — воздействует непосредственно на управляемую цепь. В качестве исполнительного блока можно рассматривать контактную группу устройства.

Также, при проектировании управляющих цепей с использованием электромагнитных реле необходимо учитывать, что ввиду того что чувствительным элементом является электромагнитная катушка, то ток в обмотке увеличивается или уменьшается не мгновенно, а в течении некоторого времени.

В связи с этим следует учитывать возможное время задержки срабатывания. Оно достаточно мало, но в некоторых ситуациях может оказывать влияние на работу других элементов схемы.

Электромагнитные реле можно классифицировать по следующим признакам:

для цепей управления, защиты или сигнализации;

малой мощности, управляющий сигнал ≤1 Вт, средней мощности, сигнал управления находится в пределах от 1 до 9 Вт, высокой мощности — мощность сигнала ≥10 Вт;

времени реакции на сигнал управления:

безынерционные время реакции ≤ 0,001 сек., быстродействующие — время реакции от 0,001 до 0,05 сек., замедленные время реакции от 0,05 до 1 сек., а также реле времени с регулируемой задержкой срабатывания.

характеру управляющего напряжения:

постоянного тока —нейтральные, поляризованные и переменного тока.

Отдельно стоит остановиться на особенностях реле постоянного тока. Как было выше сказано они подразделяются на нейтральные и поляризационные. Главное отличие этих двух групп заключается в том, что поляризационные устройства чувствительны к полярности приложенного напряжения, то есть подвижный сердечник меняет свое направление с правого на левое или наоборот в зависимости от полярности напряжения.

Электромагнитные реле постоянного тока делятся на:

двухпозиционные;
двухпозиционные с преобладанием;
трехпозиционные или реле с нечувствительной зоной.

Срабатывание же устройств нейтрального типа не зависит от полярности подаваемого напряжения. К недостаткам реле использующих, в качестве управляющего сигнала, постоянный ток можно отнести необходимость установки блоков питания, для подачи постоянного тока и высокая стоимость самого устройства.

Реле переменного тока этого лишены, но и у них есть свои недостатки такие как — необходимость доработки конструкции для устранения вибрации сердечника. Рабочие параметры хуже, чем у устройств использующих линейную форму управляющего сигнала, а именно — хуже чувствительность, гораздо меньшее электрическое усилие. Но в тоже время они могут напрямую подключаться к электрической сети переменного тока.

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РЕЛЕ

Пожалуй, наиболее широкое распространение реле, работающие с использованием электромагнитного принципа получили в сфере распределения и производства электрической энергии.

Релейная защита высоковольтных линий обеспечивает безаварийный режим работы подстанций и другого подключенного оборудования.

Управляющие элементы, используемые в установках релейной защиты рассчитаны на коммутацию присоединения при рабочих напряжениях, достигающих нескольких сотен тысяч вольт. Широкое распространение релейной защиты высоковольтных линий обусловлено:

высокой долговечностью релейных элементов;
быстрой реакцией на изменение параметров подключенных линий;
способностью работы в условиях высокой напряженности электромагнитных полей и нечувствительностью к появлению паразитных электрических потенциалов.

Также посредством установок релейной защиты осуществляется резервирование линий электропередач и моментальный вывод из работы поврежденных участков электросети, к примеру, при замыкании линии на землю или обрыве токоведущих частей. На сегодняшний день еще не изобретены более надежные средства защиты линий электропередач чем релейная защита.

Кроме того, в настоящее время электромагнитный тип реле широко используется в системах управления производственными, конвейерными линиями. Чаще всего данный вид систем управления используется на производствах с наличием высоких паразитных потенциалов делающих невозможным использование полупроводниковых систем управления.

К примеру, известен случай, когда при модернизации систем управления конвейерными линиями на одном из элеваторов новое оборудование, построенное новейших полупроводниковых элементах, постоянно выходило из строя.

Как позже выяснилось причиной поломки стало статическое электричество, возникающее при движении зерна по конвейерной ленте, а так как система выравнивания потенциалов была не предусмотрена в данных помещениях, то стал вопрос о переносе пульта управления в защищенное помещение.

Это было сопряжено с огромными материальными затратами. В результате было принято решение перейти на релейные блоки управления, нечувствительные к статическому напряжению.

Принципы работы заложенные в основу функционирования электромагнитных реле используются в устройствах дистанционного управления нагрузкой — пускателях или контакторах.

Принцип работы этих устройств во многом напоминает работу реле, с той лишь разницей, что предназначены данные устройства для коммутации силовых цепей сила тока, в которых может достигать 1000 А, а в случае особо мощных установок и выше.

Но самым знаковым применением реле электромагнитного типа является их использование в первых электронно-вычислительных машинах, в качестве логических элементов способных выполнять простейшие логические операции. Не смотря на низкое быстродействие эти первые компьютеры по надежности превосходили следующее поколение ламповых вычислительных комплексов.

Простейшими примерами использования электромагнитного реле в повседневной жизни являются реле управления в различных видах бытовой техники: холодильниках, стиральных машинах и т.п.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Электромагнитные реле являются наиболее распространенными из группы электромеханических реле и получили широкое применение в устройствах автоматики, телемеханики и вычислительной техники. Если электромагнитные реле используются для переключения мощных цепей тока, они называются контакторами. Реле постоянного тока подразделяются на нейтральные и поляризованные. Нейтральное реле одинаково реагирует на постоянный ток обоих направлений, протекающий по его обмотке, т.е. положение якоря не зависит от направления тока в обмотке реле. Поляризованные реле реагируют на полярность сигнала.

По характеру движения якоря электромагнитные нейтральные реле подразделяются на два типа: с угловым движением якоря и втяжным якорем.

На рис. 11.2 показаны схемы электромагнитных реле клапанного типа и с втягиваемым внутрь катушки якорем. Для уменьшения магнитного сопротивления рабочего воздушного зазора сердечник электромагнитного реле обычно снабжается полюсным наконечником.

При отсутствии управляющего сигнала якорь удален от сердечника на максимальное расстояние за счет возвратной пружины (см. рис. 11.2, а). В этом случае одна пара контактов замкнута (размыкающие контакты — РК), а другая пара разомкнута (замыкающие контакты — ЗК).

Принцип действия таких реле заключен в следующем: при подаче тока в обмотку (катушку) создается магнитный поток, который, проходя через сердечник, ярмо, якорь и воздушный зазор δ_н(0), создает магнитное усилие, притягивающее якорь к сердечнику. При этом якорь, воздействуя на колодку, перемещает ее таким образом, что контакты ЗК замыкаются, а РК размыкаются. В некоторых конструкциях реле якорь при выключении тока под действием собственного веса возвращается в исходное положение (см. рис. 11.2, в).

Рассмотрим особенности работы реле по этапам (рис. 11.3) на примере реле с угловым перемещением якоря (см. рис. 11.2, б). За счет индуктивности катушки реле ток в ней нарастает (убывает) не мгновенно, а постепенно. При детальном рассмотрении работы реле в процессе срабатывания и отпускания можно определить четыре этапа.

Этап I — срабатывание реле. Длительность этого этапа — время полного срабатывания t_cp, т.е. промежуток времени от момента подачи напряжения на катушку реле до момента надежного замыкания контактов (точка А); I_тр — ток трогания, при котором начинается движение якоря; t_тр — время, за которое ток достигает значения I_тр, (точка а), т.е. промежуток, соответствующий началу движения якоря; I_ср — ток, при котором срабатывает реле; t_дв — время движения якоря при срабатывании. Таким образом, время полного срабатывания, отвечающее окончанию движения якоря, t_cp = t_тр + t_дв.

Этап II — работа реле (t_раб — время работы реле). После того как реле сработает, ток в обмотке продолжает увеличиваться (участок АВ), пока не достигнет установившегося значения. Участок АВ необходим для того, чтобы обеспечить надежное притяжение якоря к сердечнику, исключающее вибрацию якоря при сотрясениях реле. Впоследствии ток в обмотке реле остается неизменным. Отношение установившегося тока I_уст к току срабатывания I_ср называется коэффициентом запаса реле по срабатыванию K_зап, т. е. K_зап показывает надежность работы реле: K_зап = I_уст/I_ср = = 1,5. 2. Величина I_уст не должна превышать значения, допустимого для обмотки реле по условиям ее нагрева.

Этап III — отпускание реле. Этот период начинается от момента прекращения подачи сигнала (точка С) и продолжается до момента, когда ток в обмотке реле уменьшится до значения I_от (точка D — прекращение воздействия реле на управляемую цепь). При этом различают время трогания при отпускании t_тр и время движения I_дв.

Время отпускания t_от = t_тр + t_дв, где t_тр — время до начала движения якоря при отпускании; t_дв — продолжительность перемещения якоря. Отношение тока отпускания к току срабатывания называется коэффициентом возврата: K_в = I_от/I_ср

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 9157 — | 7303 — или читать все.

Эти реле делятся на нейтральные и поляризованные.

Нейтральные реле являются наиболее рапространеным типом реле. Оно одинаково реагирует на постоянный ток обоих направлениях , протекающий по его обмотке.

Поляризованное реле реагирует различным образом в зависимости от направления постоянного тока, протекающего по обмотке реле.

Электромагнитное нейтральное реле состоит из неподвижного сердечника с обмоткой и подвижного якоря. В настоящее время в технике применяются электромагнитные реле различных конструктивных форм, но наиболее распространенными являются реле с поворотным или втяжным якорем.

На рис. 4-2, а приведена конструкция электромагнитного реле с поворотным якорем. Реле состоит из магнитопровода 1, возвратной пружины 2, якоря 3, латунного и нижнего упоров 7 и 9, верхней и нижней контактной катушки 13 и винта крепления сердечника 14.

При пропускании по катушке 13 постоянного тока стальной якорь 3 притягивается к сердечнику 12. При отсутствии постоянного тока якорь 3 возвращается в исходные положение с помощью возвратной пружины 2. При наличии тока сердечник 12, магнитопровод 1, якорь 3 и воздушный зазор б между якорем и сердечником. За счет магнитного потока Ф создается электромеханическое усилие

Где I – ток, протекающий по обмотке реле;

– число витков обмотке реле;

S – площадь поперечного сечения магнитопровода;

— значение воздушного зазора

Из формулы (4-1) следует, что электромеханическое усилие F_эм, или сила притяжения, якоря пропорциональна квадрату МДС (I ) 2 , не зависит от направления тока, протекающего по обмотке, и обратно пропорционально на квадрату воздушного зазора 2

В якорь запрессован выступающий латунный штифт 4, который не позволяет якорю вплотную прилегать к сердечнику и тем самым предохраняет его от «залипания» вследствие возникающего гистерезиса при отключении тока.

Конструкция электромагнитного реле с втяжным якорем изображена на рис. 4-2,б. Реле состоит из контактов 1, корпуса 2, катушки 3, якоря 4, латунного штифта 5, крышки (сердечника) 6, контактной перемычки 7 и упоров 8. При пропускании тока по обмотке катушки, которая вставляется в цилиндрический корпус, за счет электромеханического усилия F_эм якорь втягивается внутрь катушки, поднимая контактную перемычку и замыкая контакты. При снятии управляющего сигнала, т.е отключении реле, якорь 4, под действием силы тяжести опускается на упоры 8, и размыкают контакты 1.

Во второй половине ХХ в. В промышленности стали применять безьякорные реле. Одним из представителей безъякорных реле является миниатюрные реле язычного типа, конструкция которого приведена на рис.4-2,в.

Реле имеет незамкнутую магнитную систему. Внутри катушки 2 помещается герметизированная стеклянная ампула 3, наполненная инертным газом. Контактные язычки 1, выполнены из ферримагнитного материала , концы которых покрыты слоем родия и золота. При подаче управляющего сигнала на обмотке реле (на рис. 4-2, в не показано) возникает электромеханическое усиление F_эм и контактные язычки притягиваются, замыкая управляемую цепь. Реле язычкового типа имеют преимущества по сравнению с электромагнитным реле с поворотным и втяжным якорем по надежности, быстродействию и габаритам. Срок службы реле составляет сотни миллионов срабатываний, частота срабатываний может достигать сотен герц. Контактные язычки реле могут коммутировать мощность до нескольких десятков ватт.

Время работы реле является одной из важнейших его характеристик. Рассмотрим процесс включения и отключения электромагнитного реле (рис. 4-2, г).

При замыкании кнопки К в обмотке реле возникает переходный процесс, который может быть описан дифференциальным уравнением

Где U – напряжение источника питания;

R – Активное сопротивление обмотки реле;

I – ток в обмотке реле;

L – индуктивность обмотки реле при отпущенном якоре

di/dt – скорость изменения тока в обмотке реле.

Решим дифференциальное уравнение и получим закон нарастания тока (рис.4-2,д) при подаче на обмотку реле напряжения

I_вкл — t / T )

Где I=U/R – установившееся значение тока;

T=L/R – постоянная времени цепи.

При отключении кнопки к ток в обмотке реле убывает по закону

и затем прерывается (рис.4-2,д) .

Приведенные формулы приблизительно отображают картину нарастания и спада тока в обмотке, потому что эти формулы не учитываются изменения индуктивности обмотки реле L при изменении воздушного зазора

Быстродействие реле характеризуется временами срабатывания t_c и отпускания t_от реле (см. рис. 4-2,д).

Времена t_c и t_от можно определить по формулам:

t_c

t_от

Где I_{c –} ток срабатывания реле, при котором якорь начинает перемещаться;

I_{от –} ток отпускания реле, при котором якорь отходит от сердечника;

T’=L’/R – постоянная времени при притянутом якоре (L’, — индуктивность обмотки при притянутом якоре).

Следует отметить, что надежность работы электромагнитного реле в большой степени зависит зависит от надежности контактов. Они дожны без вибраций замыкать или размыкать электрические управляемые цепи, работать без подгорания, тем самым обеспечивая малое переходное сопротивление.

Надежность контактов зависит от материалов, которые применяются для их изготовления контактов, должны обладать большой механической прочностью, высокой температурой плавления, электропроводимостью и мало окисляться.

Контакты малой мощности, которые должны иметь малое переходное сопротивление, выполняется из серебра, платины, платино-иридиевого сплава, золота, сплавов серебра с золотом, никелем и другими металлами. Контакты большой мощности выполняются из вольфрама и его сплавов с серебром, а также из красной меди и графита. Эти контакты имеют большую механическую прочность и высокую температуру плавления.

По характеру соприкосновения поверхностей контакты делятся на три вида: точечные (соприкосновение контактов происходит в точке), линейные (соприкосновение контактов — по линии) и плоскостные (соприкосновенное контактов — по плоскости). В маломощной автоматике чаще применяют точечные контакты , так как здесь не требуется больших давлений. Эти контакты обеспечивают автоматическое очищение пленки окислов на контактных поверхностях и равномерный износ при искрообразовании. ся

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Как то на паре, один преподаватель сказал, когда лекция заканчивалась — это был конец пары: "Что-то тут концом пахнет". 8544 — | 8126 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно