Электромагнитные реле

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ

1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Реле -- электрическое устройство, предназначенное для коммутации электрических цепей (скачкообразного изменения выходных величин) при заданных изменениях электрических или не электрических входных величин. Широко используется в различных автоматических устройствах. Различают электрические, пневматические, механические виды реле, но наибольшее распространение получили электрические (электромагнитные) реле. Электромагнитным называется реле, перемещения подвижных частей которого осуществляется электромагнитным приводом. Такие реле являются одним из важнейших элементов современных устройств автоматики.

Основными характеристиками реле являются напряжение и ток срабатывания, напряжение и ток отпускания, коэффициент возврата, коэффициент запаса по срабатыванию, время срабатывания, время отпускания и срок службы.

Напряжение и ток срабатывания (U_сраб, I_сраб) - наименьшие величины напряжения и тока, при которых происходит включение реле (якорь притягивается).

Напряжение и ток отпускания (U_отп, I_отп) - наибольшие величины напряжения и тока, при которых происходит отключение реле (якорь отпадает).

Коэффициент возврата К_в - отношение величины отпускания к величине срабатывания:

.

Время срабатывания t_ср - промежуток времени от момента появления напряжения на катушке управления реле до момента замыкания ее контактов.

Время отпускания t_отп - промежуток времени от момента снятия напряжения с катушки до момента размыкания контактов.

Коэффициент запаса по срабатыванию К_З - отношение номинального напряжения U_ном к величине напряжения срабатывания U_сраб:

.

Срок службы - допустимое число срабатываний.

На рис. 1 изображена характеристика управления реле в виде типичной релейной зависимости.

Рис. 1. Релейная зависимость

Для работы реле характерны три режима:

режим повторителя - режим, при котором реле срабатывает при скачкообразном изменении выходной величины до ее максимального значения;

режим инвертора - режим, при котором происходит ступенчатое изменение выходного параметра до минимального уровня;

режим триггера, или режим памяти - режим, при котором достигнутое после срабатывания или отпускания значение выходного сигнала сохраняется, т.е. запоминается после исчезновения входного сигнала.

Классификация реле. Соответственно области техники, в которой реле находят применение, различают телеграфные, телефонные, авиационные и др. типы реле.

В соответствии с физической природой внешних явлений, вызывающих действие реле, их делят на электрические (с дальнейшим подразделением на реле тока, напряжения, мощности, сопротивления, частоты и т. д.), механические (реле перемещения, скорости, ускорения, давления, уровня и др.), тепловые, оптические, акустические, радиационные, газовые и т.д.

В зависимости от назначения различают:

коммутационные реле, осуществляющие взаимодействие и связь в релейных схемах;

усилительные реле, осуществляющие усиления сигнала;

контрольные, или измерительные реле, служащие для измерения тока или напряжения.

По типу управляющего тока выделяются реле: постоянного тока (неполярные, полярные и комбинированные реле) и переменного тока.

По значению потребляемой мощности различают высокочувствительные (до 10мВ), чувствительные (до 0,1 В) и нормальные (более 0,1 В) реле.

По быстродействию, в зависимости от времени срабатывания и времени отпускания, различают следующие типы реле:

сверхбыстродействующие (не более 5мс);

быстродействующие (t_ср и t_отп в диапазоне 5ч50мс);

нормального действия (t_ср и t_отп от 50мс до 0,15с);

замедленного действия (t_ср и t_отп в диапазоне 0,15ч1с);

«реле времени» (снабжены механическими узлами, позволяющими обеспечить очень высокую задержку -- до десятков минут, таким образом t_ср и t_отп более 1с).

Кроме того, по типу исполнения делят реле на электромеханические, электромагнитные, индукционные, магнитоэлектрические, полупроводниковые и биметаллическое (термореле).

2. УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РЕЛЕ

Основные части реле - электромагнит и якорь. Электромагнит представляет собой электрический провод, намотанный на сердечник из магнитного материала. Якорь -- пластина из магнитного материала, через толкатель управляющая контактами.

Рис. 2. Простейшее электромагнитное реле: 1 - сердечник; 2 - обмотка; 3 - ярмо; 4 - якорь; 5 - контакты; 6 - возвратная пружина

При пропускании электрического тока через обмотку электромагнита возникающее магнитное поле притягивает к сердечнику якорь, который через толкатель смещает и тем самым переключает контакты. Схема простейшего электромагнитного реле показана на рис. 2.

На рис. 3 изображена конструкция коммутационного реле. Коммутационные, или промежуточные реле, является вспомогательными и применяются, когда необходимо одновременно замыкать или размыкать несколько независимых цепей.

Рис. 3. Конструкция промежуточное реле: 1 - электромагнит; 2 - обмотка; 3 - якорь; 4 - подвижный рычаг; 5 - ось якоря; 6 - изолирующая пластина; 7 - подвижные контакты; 8 - неподвижные контакты; 9 - упорные пластины; 10 - сопротивление добавочное.

Для одновременного замыкания нескольких не связанных друг с другом цепей промежуточные реле имеют несколько контактов.

Контактные системы реле. Электрическим контактом называется конструктивный узел (разъемное соединение), с помощью которого соединяются два или несколько проводников электрической цепи. Контакты реле являются очень ответственным элементом в схемах. Они должны обеспечить надежное замыкание и размыкание тока в управляемых ими цепях и быть рассчитаны на многократное действие.

Контактную систему реле образуют контакты, непосредственно разрывающие или замыкающие коммутирующие электрические цепи. Так же в состав контактной системы входят контактные пружины и держатели контактных пружин. В электромагнитных реле одна из коммутирующих деталей подвижна.

Различают разомкнутые, замкнутые и переключающие контакты с двумя устойчивыми положениями (рис. 4). Контакт 1 является подвижным, контакт 2 неподвижен и расположен на более жесткой пружине 4. Перемещение подвижного контакта происходит под действием толкателя 5, преодолевающего сопротивление контактной пружины 3.

реле магнитоуправляемый контактный устройство

Рис. 4. Упрощенная конструктивная схема контактного устройства: а - с разомкнутым; б - с замкнутым и в - с переключающимися контактами; 1 - подвижный контакт (полусфера); 2 - неподвижный контакт (цилиндр); 3 и 4 - плоские пружины подвижного и неподвижного контактов; 5 - толкатель, воздействующий на контакт

Различают следующие формы контактных поверхностей (рис. 5): плоскостная, линейная и точечная. Для малых токов (не выше 3 А) применяется точечная форма, для более сильных токов - обычно плоскостная или линейная.

Рис. 5. Форма контактных поверхностей: а - плоскостная; б - линейная; в - точечная

Для маломощных контактов используется серебро, золото, платина и их сплавы с иридием и другими металлами, а также вольфрам. Вольфрам обладает повышенной тугоплавкостью и твердостью, что делает его особо пригодным для повышенных частот включения, так как он хорошо противостоит электрическому и механическому износу.

Для средних токов применяется в основном серебро, при повышенных частотах включения - металлокерамика.

При выбранном материале значение сопротивления в месте соприкосновения контактных поверхностей (значение переходного сопротивления) зависит от величины контактного усилия, т.е. от полной силы нажатия одного контакта на другой. Переходное сопротивление резко уменьшается при увеличении контактного усилия, так как это увеличение приводит к смятию контактирующих элементарных выступов.

Расстояние, на которое перемещается подвижный контакт после соприкосновения контактов, называется провалом контактов. Провал контактов определяет допустимый износ контактных поверхностей, а также вибрацию контактов при включении. Провал контактов в зависимости от их мощности выбирается в пределах от десятых долей миллиметра до 2-3 мм и более.

Расстояние, которое образуется между контактными поверхностями при их полном расхождении, называется контактным зазором. Расхождение контактов связано с возникновением электрических разрядов в виде искры. Искры сильно сокращают срок службы контактов и поэтому обычно принимают меры для предотвращения их образования или меры по уменьшению их вредного действия, например, увеличение контактного зазора и увеличение скорости расхождения контактов.

3. ГЕРКОНЫ

Контакты обычных реле работают в среде атмосферного воздуха. Они загрязняются пылью, парами металлов, подвергаются влиянию различных атмосферных агрессивных газов, водяных паров. Все эти факторы понижают надежность их работы и износостойкость. Указанные явления можно ослабить или практически исключить, если поместить контакты в инертный газ или вакуум.

Одним из наиболее перспективных направлений усовершенствования контактных устройств (особенно на малые токи и напряжения) является разработка герметичных магнитоуправляемых контактов (МК) - герконов.

Простейшая конструкция МК (рис. 6) представляет собой стеклянный баллон 1 с заключенными в нем контактными пружинами 3. Баллон заполнен инертным газом (азот, аргон, водород и т.п.) либо вакуумирован. Электроды выполнены из магнитного материала и являются одновременно и магнитопроводом. Концы электродов покрываются слоем благородного металла (золото, палладий, радий или их сплавы), образующим рабочую поверхность для контактирования.

Рис. 6. Простейшая конструкция геркона: 1 - обмотка; 2 - корпус; 3 - контактные пружины; 4 - стеклянный баллон

Управление МК осуществляется магнитным полем, которое может создаваться либо катушкой, либо постоянным магнитом. Магнитный поток Ф, проходящий через электроды и воздушный зазор контактов, при некотором его значении приводит к замыканию рабочих поверхностей электродов и образованию замкнутой электрической цепи. При ослаблении (исчезновении) магнитного потока электроды за счет своих упругих свойств размыкаются, разрывая электрическую цепь. Таким образом, электроды выполняют функции контакта, магнитопровода и контактных пружин.

МК могут выполняться с замыкающими, размыкающими и переключающими контактами. Они имеют высокое быстродействие, высокую надежность, обеспечивают коммутацию весьма малых токов при малых напряжениях (единицы микроампер при напряжении несколько милливольт), могут применяться во взрывоопасной аппаратуре, допускают эксплуатацию при любом положении в пространстве и при большом изменении температуры (от -60 до +125⁰С).

Основными недостатками МК являются их сравнительно малая коммутационная и перегрузочная способность, а так же низкая электрическая прочность межконтактного промежутка.

4. ФЕРРИДЫ

Ферриды - герметизированные магнитоуправляемые контакты с элементами магнитной памяти. Сердечник управляющей обмотки феррид изготовляют из магнитно-твёрдого материала (например, ферритов, викаллоя). Различают Феррид последовательные (рис. 7,а), содержащие один магнитопровод, и параллельные (рис. 7, б) - с двумя магнитопроводами.

Рис. 7. Схемы последовательного (а) и параллельного (б) ферридов: ОУ - обмотка управления; С - сердечник; П - пластины геркона

В первых (рис. 7,а) при пропускании через управляющую обмотку кратковременного импульса тока (положительной либо отрицательной полярности) сердечник намагничивается и контактные пластины под действием магнитного поля замыкаются. Достигнутое состояние сохраняется и после окончания импульса. Для размагничивания сердечника (и размыкания пластин) через управляющую обмотку пропускают импульс тока обратной полярности (при этом ток не должен превышать значения, достаточного для вторичного замыкания пластин вследствие перемагничивания сердечника).

Недостатком такого типа ферридов является критичность к МДС отпускания. На рис. 7,б изображена схема, позволяющая избавиться от данного недостатка. В этой схеме для замыкания пластин используют параллельное намагничивание сердечников (при котором через обе управляющие обмотки пропускают токи, одинаковые по величине и направлению), а для их размыкания - последовательное намагничивание (пропускают токи, равные по величине, но направленные противоположно). В таких ферридах ток размыкания не имеет ограничения сверху.

Существуют также ферриды с несколькими управляющими обмотками. В некоторых Феррид применяют герконы с пластинами из магнитного материала с прямоугольной петлей гистерезиса, в этом случае обходятся вовсе без сердечников (такие ферриды называются ферридами с внутренней магнитной памятью, реже - ремридами, или меморидами).

Ток срабатывания в ферриде составляет 8-10 а, время намагничивания (размагничивания) - от 10 до 300 мксек. Феррид используют в коммутационных системах квазиэлектронных автоматических телефонных станций, в логических устройствах вычислительной техники и т.д.

Размещено на Allbest.ru