Электромагнитные реле постоянного тока

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

(4-1)

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

i_отк=Ie^-t/T’

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