Электромагнитные реле.
В состав автоматизированных, полуавтоматизированных и ручных систем управления электроэнергетическими установками, электроприводами, технологическими установками и т.п. входят электромагнитные устройства (контакторы, пускатели, реле, электромагниты). С помощью этих устройств производится регулирование токов и напряжений генераторов. Они выполняют функции контроля и защиты установок, потребляющих электроэнергию. Основными частями электромагнитных устройств являются: электрические контакты, механический или электромагнитный привод контактной группы, кнопки управления.
По назначению различают следующие электромагнитные устройства:
-коммутационные (разъединители, выключатели, переключатели);
-защитные (предохранители, реле защиты);
-пускорегулирующие (контакторы, пускатели, реле управления);
-контролирующие и регулирующие (датчики, реле);
-электромагниты.
Рассмотрим принцип работы электромагнитного механизма. В электромагнитном механизме осуществляется преобразование электрической энергии источника питания в механическую энергию перемещения якоря. Схема механизма приведена на рис. 9.4. Она включает неподвижную 1 (ярмо) и подвижную 2 (якорь) части магнитопровода; намагничивающую катушку 3, удерживающую пружину 4.
Появление тока в намагничивающей катушке приводит к намагничиванию ферромагнитных частей магнитопровода. Образовавшееся магнитное поле притягивает якорь к ярму.
Проведем анализ процесса преобразования энергии источника в механическую энергию перемещения якоря. Пусть к намагничивающей катушке приложено напряжение U, и через нее протекает ток I. На сопротивлении катушки R создается падение напряжения 
.
Разность U - UR уравновешивает э.д.с. еL, т.е.:
. (9.7)
Тогда:
(9.8)
Умножим (9.8) на 
и проинтегрируем за время намагничивания. Тогда
или:
,
где WП - энергия, затрачиваемая источником на нагрев катушки за время t.
Решение выражения для WM имеет вид:
(9.9)
Учитывая, что:
,
а:
,
где S - площадь, а l - длина воздушного зазора, получим:
. (9.10)
При перемещении якоря совершается работа:
,
где 
- энергия магнитного поля в начале намагничивания с длиной воздушного зазора 
;
- энергия магнитного поля с длиной воздушного зазора 
;
.
С учетом (9.10) можем записать:
.
Так как 
, то:
,
где:
(9.11)
Выражение (9.11) определяет силу [кГ], с которой магнитное поле действует на якорь. Очевидно, что значение силы зависит от длины зазора 
и магнитодвижущей силы 
.
Если к катушке подключен источник синусоидального напряжения, то и магнитный поток в магнитопроводе и воздушном зазоре изменяется по синусоидальному закону:
.
В этом случае мгновенное значение силы, притягивающий якорь к ярму определяется выражением:
,
где
.
После преобразования получим:
. (9.12)
Видно, что тяговая сила содержит переменную и постоянную составляющую. Переменная составляющая имеет частоту, вдвое большую частоты питающего напряжения, и амплитуду, равную постоянной составляющей. Пульсация F(t) вызывает вибрацию якоря (дребезг).
В однофазных электромагнитных механизмах для устранения пульсации на якоре размещают короткозамкнутый (КЗ) виток провода. Переменный магнитный поток Ф(t) наводит в КЗ витке э.д.с., сдвинутую по фазе на 900 относительно ФМ. По витку протекает ток iK, который создает поток ФКМ, совпадающий по фазе с э.д.с.
Теперь на якорь начинает действовать пульсирующая сила с удвоенной частотой, т.е. cos 4wt. В итоге постоянная составляющая силы возрастает, пульсация уменьшается.
Электромагнитное реле - это устройство, в котором при достижении определенного значения входной величины выходная величина изменяется скачком. Выходные контакты реле замыкаются или размыкаются. Реле применяют в цепях управления с током не более 1А. Входной или управляющей величиной реле могут быть электрические, механические, тепловые и др. воздействия.
На рис. 9.5. показано устройство простейшего электромагнитного реле клапанного типа. При определенной магнитодвижущей силе (МДС) в цепи управления возникающая сила F притяжения якоря З к ярму 1 превышает силу противодействующей пружины 2. Воздушный зазор уменьшается. Клапан 4 нажимает на подвижный контакт 5 и прижимает его с силой F к неподвижному контакту 6. Управляемая цепь замыкается. Исполнительный элемент 7 производит требуемое действие.
Контакты реле в исходном положении могут быть как разомкнуты, так и замкнуты. В последнем случае при срабатывании реле они размыкаются. Действие каких-либо устройств прекращается. Многие реле имеют несколько контактных пар. Тогда их используют для управления несколькими электрическими цепями.
Функции реле связаны с контролем режима работы важных элементов электрической цепи: генераторов, трансформаторов, линий передач, электродвигателей и т.п.
При нарушении нормального режима соответствующее реле приводит в действие аппаратуру, которая либо восстанавливает нормальный режим работы, либо отключает поврежденный участок. Такие реле называют "реле защиты". Они "наблюдают" за током в цепи (токовая защита), за напряжением на отдельных участках (защита по напряжению), за изменением мощности, частоты тока и т.д.
В зависимости от значения или направления входной величины различают реле максимального, минимального или направленного действия.
В зависимости от времени срабатывания различают реле быстродействующие 
), нормальные 
) и с выдержкой времени (реле времени).
Реле, не реагирующее на направление управляющей величины (например, тока), называют нейтральным. Реле, чувствительные к полярности управляющей величины, называют поляризованными.
Если исполнительный элемент реле (подвижные контакты) непосредственно воздействует на цепь управления, то это реле прямого действия. Когда воздействие осуществляется через другие аппараты - реле косвенного действия.
 |
Рис. 9.5
