Электромагнитные реле переменного тока

Тема 1.2 Переключающие устройства

Общие сведения

Переключающие устройства предназначены для автоматической коммутации электрических схем. Переключающие устройства – самые распространенные элементы автоматики. Их применяют в системах автоматического контроля, управления и регулирования. Существуют схемы, в которых количество переключающих устройств составляет более десятков тысяч.

Обобщенная характеристика переключающего устройства имеет вид, показанный на рис. 2.1.

Особенностью всех переключающих устройств является то, что они имеют лишь два устойчивых состояний равновесия. На рис. 2.1 эти состояния характеризуются двумя значениями параметра состояния у_н и у_р:

_-у_н- характеристика начального (нормального) состояния,

- у_р - характеристика рабочего состояния.

Переход переключающего устройства из начального состояния в рабочее происходит скачком, когда управляющий сигнал достигает определенного значения – значения срабатывания х_сп, Возврат переключающего устройства из рабочего состояния в исходное происходит также скачком, когда сигнал управления достигает определенного значения – значения отпускания – х_отп.

Для любогопереключающего устройства х_сп> х_отп. Это отношение характеризует степень надежности срабатывания переключающего устройства.

Другими параметрами переключающих устройств являются: время срабатывания и время отпускания – это интервалы времени, в течение которых происходит переход переключающего устройства из исходного состояния в рабочее и наоборот.

По конструкции и принципу действиявсе переключающие устройства делят на две группы: контактные и бесконтактные. Основными органами контактных переключающих устройств являются металлические контактные пластины. Работа контактны переключающих устройств основана на перемещении контактных пластин, когда управляющий сигнал х достигает значений срабатывания х_ср и отпускания х_отп, (см. рис 2.1).

Эффект срабатывания бесконтактных переключателей основан на скачкообразных изменения тока или напряжения в выходных цепях некоторых электронных схем.

Большинство контактных переключателей характеризуются большим временем срабатывания (не менее 0,01 с), возможностью коммутировать большие мощности. Их недостатками являются:

- конечное число срабатываний (до 10⁷).

- большие габариты.

Примеры контактных переключающих устройств - электромагнитные переключатели: реле постоянного и переменного тока, герконы.

Бесконтактные переключающие устройства – быстродействующие, часто миниатюрные переключатели (их время срабатывания может составлять доли мкс). К бесконтактным переключателям относят транзисторные ключи и релейные устройства, построенные на их базе, такие как триггеры, логические элементы.

Нейтральное электромагнитное постоянного тока: устройство, принцип действия, графическое обозначение элементов реле

Для включения, отключения и переключения электрических цепей в устройствах автоматики широкое применение нашли электромагнитные реле. Они делятся на реле постоянного и реле переменного тока. Реле постоянного тока подразделяются на нейтральные и поляризованные реле. Работа нейтрального реле не зависит от направления управляющего тока. Характер срабатывания поляризованного реле зависит от направления тока. Устройство нейтрального реле показано на рис. 2.2,а, его условное обозначение — на рис. 2.2, б. Магнитная система реле состоит из сердечника 2, ярма 4 и поворотного якоря 1. На сердечнике размещается катушка с обмоткой 3. При подаче напряжения на обмотку якорь под действием электромагнитной силы притягивается к сердечнику и, поворачиваясь, с помощью пластинки 5 из изоляционного материала размыкает контакты 6, 7 и замыкает контакты 7, 8. При отключении катушки якорь отходит в исходное положение, контакты б, 7 замыкаются, а контакты 7, 8 размыкаются. Обычно реле имеет несколько пар замыкающих и размыкающих контактов.

А б

Рис. 2.2

При размыкании контактов и разрыве электрической цепи между контактами возникает электрический разряд. Под воздействием электрического разряда контакты постепенно разрушаются и реле выходит из строя. Кроме того, на работоспособность контактов влияет пыль и агрессивная среда. Для защиты контактов реле их помещают в защитные или герметизированные корпуса. Основные параметры реле: ток срабатывания, ток отпускания, время срабатывания. Ток срабатывания – минимальное значение тока в управляющей обмотке, при котором контакты реле переходят из исходного состояния в рабочее. Ток отпускания – максимальное значение управляющего тока, при котором контакты реле возвращаются в исходное состояние. Ток срабатывания всегда больше тока отпускания. Минимальное значение тока срабатывания для реле составляет несколько миллиампер. Время срабатывания реле – интервал времени, в течение которого реле переходит из исходного состояния в рабочее. Время срабатывания реле не может быть менее 0,01 секунды. Задача. Для некоторого реле ток срабатывания и ток отпускания равны соответственно 25 и 14 мА. Управляющий ток медленно увеличивают от 0 до30 мА. В каком состоянии будут находиться контакты реле при следующих значениях управляющего тока: 5,10, 15, 20, 25, 30 мА? Решение: Исходя из определения тока срабатывания и учитывая характер изменения тока (возрастание) можно сказать, что при токах меньших 25 мА контакты реле будут находиться в исходном состоянии, а при токе 25 мА они перейдут в рабочее состояние и будут оставаться в этом состоянии и при токе 30 мА.

Поляризованное реле

Поляризованное реле, в отличие от нейтрального, срабатывает по-разному при разных направлениях управляющего тока. На рис. 2..3 показана конструкция поляризованного реле

Рис. 2..3

Основными деталями реле являются: постоянный магнит /, якорь 2, катушка 3 и 3', неподвижные контакты 4 , магнитопровод 5.

Это реле отличается конструктивно от обычного электромагнитного реле тока тем, что в нем установлен постоянный магнит, наличие которого повышает чувствительность реле и, кроме того, заставляет реагировать реле на полярность приложенного к его обмотке напряжения.

Магнитный поток постоянного магнита, проходя по якорю, делится на два потока Ф₁ и Ф₂. Если при токе катушке реле равном нулю установить якорь с помощью пружин (на рисунке пружины не показаны) в нейтральное (среднее) положение, то потоки Ф₁ и Ф₂будут равны между собой и направлены встречно. Соответственно и силы притяжения, действующие на якорь справа и слева за счет потоков Ф₁ и Ф₂, будут равны. Поэтому результирующая сила, действующая на якорь, будет равна нулю и якорь будет удерживаться в этом среднем положении. Если управляющее напряжение не будет равно нулю, то один из потоков Ф₁ и Ф₂складывается с основным потоком, создаваемым в ярме намагничивающим током катушек, другой направлен встречно. В том плече ярма, где потоки складываются, сила притяжения, действующая на якорь, больше, и якорь притягивается к этому плечу. При изменении полярности приложенного к катушке напряжения якорь притягивается к другому плечу ярма. Таким образом, замыкание одного из двух разомкнутых контактов реле будет зависеть от полярности управляющего напряжения. Описанная выше разновидность состояний контактов реле относится к трехпозиционному реле (по числу возможных состояний контактов). Если в исходном состоянии оттянуть якорь в одно из крайних положений, то контакт такого реле будет реагировать (переключаться) только при определенном направлении управляющего тока. Такое реле называют двухпозиционным.

Обозначение поляризованного реле:

Электромагнитные реле переменного тока

Реле переменного тока состоит из таких же деталей, что и нейтральное реле постоянного тока. Отличие заключается в том, что сердечник, ярмо и якорь этого реле изготавливаются из листовой электротехнической стали с целью уменьшения потерь на гистерезис и вихревые токи.

Так как сила притяжения якоря F пропорциональна магнитному потоку Ф управляющего тока и не зависит от направления магнитного потока, то при переменном намагничивающем токе сила притяжения будет меняться от нуля до максимума с двойной частотой (рис.2.4.б). В моменты времени, когда сила управляющего тока близка к нулевому значению, пружина стремится оттянуть якорь назад, поэтому происходит вибрация якоря и даже искрение контактов, повторяющееся с частотой изменения силы притяжения F1.

Рис. 2.4

Для устранения данного явления реле изготовляются либо с двумя обмотками, либо с дополнительной короткозамкнутой обмоткой.

На практике чаще применяется реле переменного тока с короткозамкнутой обмоткой. Полюс такого реле раздвоен. На одну из половин насаживается короткозамкнутый медный виток (рис. 2.4.а).

Магнитный поток Ф у конца сердечника разветвляется; часть потока Ф₁проходит через свободную половину сердечника, а другая часть потока Ф₂ проходит по части сердечника с короткозамкнутой медной
обмоткой. За счет явления самоиндукции в короткозамкнутой обмотке поток Ф₂ сдвинут по фазе относительно потока Ф₁ (см. рис. 4.2.б). Поэтому в любой момент времени суммарная сила F, действующая на якорь, не равна нулю и якорь надежно удерживается у сердечника пока к обмотке реле подведено управляющее напряжение.

Электромагнитные реле переменного тока получили меньшее распространение, чем реле постоянного тока, из-за присущих им недостатков: вибрации якоря, большой сложности и высокой стоимости при изготовлении, меньшей силы притяжения якоря,

Не электрических схемах элементы реле переменного тока обозначаются почти также, как элементы постоянного тока. Отличие состоит в дополнительном значке «~» на обозначении обмотки реле. Для примера ниже представлено обозначение реле переменного тока с одним нормально разомкнутым контактом (как на рис. 2.4.а):

1.2.5. Герконы

Герконы самые простые по конструкции контактные переключающие устройства. Они получили большое распространение из-за их миниатюрности и большого числа способов управления ими. По конструкции герконы бывают двух видов: с нормально разомкнутым контактом и с переключающим контактом.

Геркон с нормально разомкнутым контактом представляет собой ампулу, в которую впаяны две ферромагнитные пружинящие пластинки 1 и 2, образующими нормально разомкнутый контакт (см. рис. 2.5).

Если геркон поместить в продольное магнитное полеВ,то пластинки 1,2 намагничиваются и под действием электромагнитных сил притягиваются друг к другу – их контакт замыкается. При снятии внешнего магнитного поля пластинки размагничиваются и их контакт размыкается. Для обеспечения надежного контакта концы пластинок внутри ампулы покрыты тонким слоем серебра или золота. Пространство внутри баллона заполнено инертным газом, что исключает искрение контактов при их размыкании.

Устройство геркона с переключающим контактом показано на рис. 2.6.

Здесь:

1,2 - ферромагнитные пружинящие пластинки, в исходном состоянии их контакт разомкнут;

3 – латунная пластинка, в исходном состоянии контакт 1 – 3 замкнут.

В магнитном поле пластинки 1,2 намагничиваются и их контакт замыкается. Одновременно контакт 1-3 размыкается.

При снятии внешнего магнитного поля контакты геркона возвращаются в исходное состояние.

Управляющее магнитное поле геркона может создаваться разными способами:

- при поднесении к геркону постоянного магнита;

- при повороте около геркона постоянного магнита на угол, равный примерно 90°;

- током катушки, внутрь которой помещен геркон.

В автоматических метеорологических приборах герконы часто используют как конструктивные элементы датчиков. Примеры применения герконов в датчиках приведены выше.

Примеры обозначения герконов с разным способом управления:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: