Принцип действия и выполнение индукционных реле

В индукционных реле вращающий момент, действующий на подвижную часть реле (диск или цилиндрический ротор), возника­ет в результате взаимодействия изменяющихся во времени магнит­ных потоков с токами, индуцированными этими потоками в под­вижной части реле. Поэтому на индукционном принципе могут вы­полняться лишь реле переменного тока.

Мгновенное значение силы взаимодействия между потоком Ф_i     и током i при расположении проводника с током длиной Δв плос­кости, перпендикулярной оси потока,

 

                              F_иi = ΔlB_ii.                                                               (2.10)

Заменяя B_i потоком Ф_i можно получить

                             F_иi = ΔlФ_i i / S или  F_иi = kФ_i i                              (2.11)

При наличии только одного магнитного потока выполнить реле невозможно, так как известно, что сила F_иi от взаимодействия тока с потоком, благодаря которому ток возникает, равна нулю [11]. Непременным условием получения вращающего момента на под­вижном элементе индукционной системы является наличие не ме­нее двух магнитных потоков (Ф₁ и Ф₂), сдвинутых в пространстве (рис. 2.13, а). Возникающий при этом вращающий момент

                                  М_вр = k'Ф₁Ф₂ sinψ.                                                      (2.12)

 

Рис. 2.13. Конструктивная схема и векторная диаграмма индукционного реле тока.

 

Таким образом, для получения вращающего момента необхо­дим также сдвиг по фазе между потоками на угол ψ (рис. 2.13, б, в).Два магнитных потока, смещенных пространственно и по фазе, можно получить, в частности, с помощью короткозамкнутого вит­ка 1, надеваемого на часть магнитопровода (рис. 2.13, а). Потоки Ф₁ и Ф₂ обусловлены током I_Р в обмотке реле; в ненасыщенной маг­нитной системе они пропорциональны току. Так как угол ψ при из­менении тока не изменяется, то вращающий момент

 

                                 M_вр =k''I_P²                                                                     (2.13)

 

В неподвижном диске (цилиндрическом роторе) индуцируются только ЭДС трансформации Е₁ и Е₂ (рис. 2.13, б), которые и обус­ловливают вращающий момент M_вр . Во вращающемся диске наря­ду с ЭДС трансформации появляются также ЭДС резания, вызван­ные пересечением магнитных потоков Ф₁ и Ф₂ вращающимся дис­ком. Эти ЭДС создают в диске токи, которые при взаимодействии с вызвавшими их потоками обусловливают появление тормозных моментов М_Т = k _д (dα/dt), где α – угол поворота подвижной части. Тормозные моменты пропорциональны частоте вращения диска и зависят от магнитных потоков. На подвижную часть реле действуют также тормозной момент пружины М_П и момент инерции М_ИН=J(d²α/dt ²) При этом движение диска (цилиндрического ротора) без учета момента трения определяется условием

 

                         M_ВР = М_ИН + М_Т + М_П                                                 (2.14)

 или

                       M_ВР - М_П = J(d ²α/dt ²) + k _д (dα/dt).                                 (2.15)

 

Анализ выражения (2.15) показывает, что индукционные системы позволяют выполнить как быстродействующие, так и медленнодействующие реле. Подвижная часть быстродействующих реле за время срабатывания не успевает развить больших окружных скоростей, поэтому можно принять М_Т=0; тогда M_ВР - М_П = J(d ²α/dt ²), откуда

 

                     t = .                                        (2.16)

 

Из выражения (2.16) следует, что для уменьшения времени срабатывания реле необходимо: угол поворота а принять мини­мальным; иметь минимальный момент инерции J подвижной части (ее выполняют в виде цилиндрического ротора малого диаметра из алюминия); получить максимальный избыточный момент (M_вр—M_п).

Для реле замедленного действия влияние момента инерции M_ин на общее время срабатывания незначительно, поэтому можно при­нять M_ин=0; тогда M_вр—M_п= k _д (dα/dt), откуда

 

                       t=k _д α/(M_вр—M_п ).                                                            (2.17)

 

Таким образом, для получения реле замедленного действия не­обходимо иметь максимальные значения α и k _д. В существующих конструкциях реле это достигается тем, что их снабжают постоян­ными магнитами, а подвижную часть выполняют в виде диска. При вращении диск пересекает поле постоянного магнита, в результате чего возникает дополнительный тормозной момент. Такие реле имеют ограниченно зависимую от тока характеристику выдержки времени. В ее независимой части удается получить выдержки вре­мени t _с.р > 10 с.