Три способа устранения вибрации якоря реле переменного тока

Краткие теоретические сведения

И Электромагнитные реле В системах автоматики и телемеханики одним из наиболее распространенных элементов является реле. Реле – это устройство, которое автоматически осуществляет скачкообразное изменение (переключение) выходного сигнала под воздействием управляющего сигнала, изменяющегося непрерывно в определенных пределах.

Электрическое реле является промежуточным элементом, который приводит в действие одну или несколько управляемых электрических цепей при воздействии на реле определенных электрических сигналов управляющей цепи.

Свойства реле характеризуются следующими основными параметрами:

1)мощностью срабатывания Рср (Вт) – минимальной электрической мощно-

стью, которая должна быть подведена к реле от управляющей цепи для его надежного срабатывания, т. е. приведения в действие управляемой цепи. Эта мощность определяется общими электрическими и конструкционными параметрами реле;

2) мощностью управления Ру (Вт) – максимальной величиной электрической

мощности в управляемой цепи, при которой контакты реле еще работают надежно.

Мощность управления определяется параметрами контактов реле, переключающих управляемую цепь. Выбор соответствующего типа реле производится на основании значений Рср и Ру, так как эти параметры постоянны для отдельных конструкций реле;

3) допустимой разрываемой мощностью Рр (Вт) – мощностью, разрываемой

контактами при определенном токе или напряжении без образования устойчивой электрической дуги при данном напряжении;

4) коэффициентом управления – величиной, характеризующей отношение управляемой мощности к мощности срабатывания реле: Ку=Ру/Рср≥1;

5) временем срабатывания tср (с) – интервалом времени от момента поступления сигнала из управляющей цепи до момента начала воздействия реле на управляемую цепь. Допустимая величина tср определяется необходимой быстротой передачи сигнала в управляемую цепь.

Существующие типы реле можно классифицировать по следующим основным признакам:

- по назначению: управления, защиты, сигнализации;

- принципу действия: электромеханические, электромагнитные нейтральные, электромагнитные поляризованные, магнитоэлектрические, электродинамические, индукционные, электротермические, электронные, фотоэлектронные и др.

- замеряемой величине: электрические (тока, напряжения, мощности, сопротивления, частоты, коэффициента мощности), механические (силы, давления, скорости, перемещения, уровня, объема и др.) тепловые (температуры, количества тепла), оптические (силы звука и др.), физических величин (времени, вязкости и др.).

- мощности управления: маломощные с мощностью управления Ру≤1Вт, средней мощности с Ру= 1–10 Вт, мощные с Ру > 10 Вт.

- времени срабатывания: безынерционные tcp≤000,1 с, быстродействующие tcp=0,001–0,05 с, замедленные tcp =0,15–1 с, реле времени tcp>l с.

Наиболее распространенной группой являются электромеханические реле, в которых изменение входной электрической величины вызывает механическое перемещение подвижной части реле (якоря), приводящее к замыканию или размыканию контактов реле.

Следует отметить, что к группе электромеханических относятся реле, в ос-

нове действия которых лежат физические принципы аналогичных по названиям электроизмерительных приборов. Разница состоит в том, что в электроизмерительных приборах подвижная часть (стрелка) перемещается плавно и в больших пределах в зависимости от величины тока или напряжения, а в реле якорь совершает небольшое и обычно скачкообразное перемещение при определенных значениях входной величины (тока или напряжения).

1.2 Электромагнитные реле переменного тока

В тех случаях, когда основным источником энергии является сеть переменного тока, желательно применять реле, обмотки которых питаются переменным током. При подаче в обмотку реле переменного тока якорь будет притягиваться к сердечнику так же, как и при постоянном токе. При одинаковых конструктивных размерах реле и равных значениях максимальной индукции среднее значение электромагнитного усилия у реле переменного тока вдвое меньше, чем у реле постоянного тока.

Электромагнитное усилие меняется (пульсирует) с удвоенной частотой 2ω, обращаясь в нуль дважды за период питающего напряжения. Следовательно, якорь реле может вибрировать, периодически оттягиваться от сердечника возвратной пружиной,

что вызывает дрожание якоря и, как следствие, износ оси якоря.

Реле переменного тока имеют худшие параметры, чем реле постоянного тока,

так как при одинаковых размерах имеют меньшее электромагнитное усилие и менее чувствительны. Кроме того, они сложнее и дороже, поскольку необходимо иметь

шихтованный магнитопровод (набранный из отдельных листов, а также применять специальные меры для устранения вибрации якоря – явление, которое нежелательно, так как может привести к обгоранию контактов, прерыванию электрической цепи и др. поэтому для ослабления вибрации принимают специальные конструктивные меры.

Три способа устранения вибрации якоря реле переменного тока.

1. Применение утяжеленного якоря

Утяжеленный якорь благодаря большой инерции не может вибрировать с удвоенной частотой (2ω), т. е. он не успевает отходить от сердечника в те моменты времени, когда ток в обмотке реле переходит через нуль. Вибрация якоря в этом случае уменьшается. Однако применение утяжеленного якоря вызывает увеличение его размеров, что приводит к уменьшению чувствительности реле. Кроме того, габариты, вес и стоимость реле увеличивается. Этот способ находит применение в том случае, если исполнительный механизм, связанный с якорем реле, обладает большой инерцией.

2. Применение двухфазного реле

Двухфазное реле переменного тока (рисунок 2) имеет две обмотки, расположенные на двух сердечниках ЭМ1 и ЭМ2, имеющих общий якорь. Обмотки реле соединены параллельно относительно друг друга. В цепь одной из обмоток включен конденсатор С, благодаря чему токи в обмотках реле оказываются сдвинутыми по фазе на угол π/2. Так как токи в обмотках проходят через нуль в разные моменты времени, то результирующее тяговое усилие, действующее на якорь, никогда не обращается в нуль и имеет постоянное значение, т. е. не содержит переменной составляющей (при

сдвиге токов в обмотках двух электромагнитов на угол π/2).

3. Применение короткозамкнутого витка (экрана)

Короткозамкнутый виток, охватывающий часть конца сердечника (расщепленный сердечник), является более эффективным способом.

На рисунке 3 изображена схема реле переменного тока с короткозамкнутым витком. Конец сердечника, обращенный к якорю, расщеплен (пропилен) на две части, на одну из которых надета короткозамкнутая обмотка – экран Э (один или несколько витков).

Магнитопровод выполнен из отдельных листов для уменьшения потерь.

Принцип работы реле заключается в следующем. Переменный магнитный поток Фосн основной обмотки ωосн, проходя через разрезанную часть сердечника, делится на две части. Часть потока Ф2 проходит через экранированную половину полюса сечением Sδ2, в которой размещается короткозамкнутая обмотка, а другая часть потока Ф1 проходит через неэкранированную половину полюса сечением Sδ1. Поток Ф2 наводит в короткозамкнутом витке эдс(екз), которая создает ток iкз. При этом воз-

никает еще один магнитный поток Фкз, который воздействует на магнитный поток Ф2 и вызывает отставание этого потока по фазе относительно потока Ф1 на угол φ=60–80 0С. Благодаря этому результирующее тяговое усилие Fэ никогда не доходит до нуля, так как оба потока проходят через нуль в разные моменты времени.

 

Контрольные вопросы

2.1 Привести схему включения реле.

2.2 Параметры, характеризующие основные свойства реле.

2.3 Классификация реле по основным признакам.

2.4 Электромагнитные реле переменного тока, общие сведения.

2.5 Двухфазное реле переменного тока, описание и схема.

2.6 Реле переменного тока с короткозамкнутым витком, описание и схема.

Оформление отчёта

3.1 Номер, тема, цель работы.

3.2 Ответы на контрольные вопросы (приложить все необходимые рисунки,

схемы, графики).

3.3 Вывод о проделанной работе.