Электромеханические реле с постоянным магнитом

Электромеханические реле с постоянным магнитом разделяют на магнитоэлектрические и поляризованные реле. Как те, так и другие имеют малое потребление мощности и являются высоко­чувствительными и быстродействующими реле; благодаря постоян­ному магниту они реагируют на направление постоянного тока в обмотке. В связи с этим эти реле применяются, например, в ка­честве реагирующих элементов (нуль-индикаторов) полупроводни­ковых схем сравнения.

Поляризованные реле. Поляризованными называются электро­магнитные реле, на подвижную систему которых действуют два независимых магнитных потока: один Ф_раб — рабочий поток, дру­гой Ф_п — поляризующий. Первый создается постоянным током, про­ходящим по обмотке реле, второй — в большинстве случаев посто­янным магнитом. На рис. 2.20 а, б схематически изображены воз­можные конструкции таких реле.

В дифференциальной системе (рис. 2.20, а) весь рабочий маг­нитный поток замыкается через воздушный зазор и имеет одно направление. Поляризующий поток Ф_п распределяется на два потока: Ф_п1 и Ф_п2 . Они в общем случае не равны и в воздушном зазоре име­ют противоположные направления. В мостовой системе поляризую­щий поток в зазоре имеет одно направление, а составляющие рабо­чего потока направлены в противоположные стороны (рис. 2.20,б). Более простой является дифференциальная система. Однако мос­товая система в связи с характером распределения потоков позво­ляет осуществить более чувствительные реле.

Если предположить, что все магнитное сопротивление диффе­ренциальной системы сосредоточено в воздушном зазоре, то поляризующие магнитные потоки Ф_п1 и Ф_п2 обратно пропорциональны магнитным сопротивлениям соответствующих частей δ₁ и δ₂ воз­душного зазора δ = δ₁ + δ₂ . Магнитное сопротивление пропорцио­нально длине воздушного промежутка, поэтому согласно рис. 2.20, в Ф_п1 / Ф_п2 = δ₂ / δ₁ .

Так как Ф_п = Ф_п1 + Ф_п2 , то

                      Ф_п1 = Ф_п δ₂ / δ; Ф_п2 = δ₁ / δ.

При прохождении по обмотке реле постоянного тока появля­ется рабочий магнитный поток Ф_раб , направление которого зависит от полярности тока. В воздушных зазорах δ₁ и δ₂ создаются ре­зультирующие магнитные потоки, соответственно:

                     Ф₁ = Ф_раб - Ф_п1 = Ф_раб - Ф_п δ₂ / δ;

                     Ф₂ = Ф_раб + Ф_п2 = Ф_раб + Ф_п δ₁ / δ.

На якорь реле действует электромагнитная сила F_э =k'(Ф²₂ - Ф²₁), стремящаяся притянуть его к правому полюсу. После под­становки в выражение для F_э значений потоков Ф₁ и Ф₂ и соответ­ствующих преобразований получается

                     F_э =k(Ф_раб - Ф_п (δ₂ – δ₁)/2δ).                                        (2.26)

В условиях срабатывания F_э = 0 и Ф_раб = Ф_c.p = Ф_п(δ₂ – δ₁)/2δ. Левая часть равенства — постоянная величина, а пра­вая зависит от (δ₂ – δ₁). При движении якоря она уменьшается до нуля, а затем изменяет знак и увеличивается. Поэтому электро­магнитная сила f_э по мере движения якоря при срабатывании ре­ле нарастает (рис. 2.20, г). Якорь остается в крайнем правом по­ложении и после отключения обмотки реле. Для возвращения его в крайнее левое положение необходимо подать в обмотку ток про­тивоположного направления. Таким образом, поляризованное реле обладает направленностью действия.

Как следует из выражения (2.26), электромагнитная сила f_э линейно зависит от рабочего потока Ф_раб, т.е. от подведенной к об­мотке реле электрической величины. Поэтому диапазон ее измене­ния от минимального до возможного максимального значения от­носительно невелик. Это позволяет обеспечить надежную работу реле при малых значениях подведенной электрической величины,

а при ее больших значениях избежать вибрации и ударов подвиж­ной части реле. В этом одно из преимуществ поляризованного реле перед другими электромагнитными реле, у которых сила F_э явля­ется квадратичной функцией подведенной электрической величины. Другими преимуществами реле являются его высокая чувствитель­ность и быстродействие. Оно имеет значительно меньшее потреб­ление мощности при срабатывании, чем другие электромагнитные реле (Рр =5*10^-3 Вт). Время срабатывания реле составляет t_с.р = 2÷3 мс.

Магнитоэлектрические реле. Действие магнитоэлектрического реле основано на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и тока в обмотке, расположенной на подвижной рамке. При этом сила, действующая на подвижную рамку, определяется выражением

F = kBI_pw l,

где В - индукция в воздушном зазоре, обусловленная постоянным магнитом, Тл; I_p - ток в обмотке реле. A; w - число витков об­мотки; l - активная длина витка обмотки, м.

Как и у поляризованного реле, сила F имеет линейную зависи­мость от тока в обмотке. С изменением направления постоянного тока, изменяется направление силы, т. е. реле обладает направлен­ностью действия. Наличие поля постоянного магнита обеспечивает очень высокую чувствительность реле. Потребляемая мощность при срабатывании может составлять Р_P = 10^-10 Вт.

Глава 3

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ