Особенности работы

Устройство и принцип действия электромагнитных реле. Принцип действия электромагнитных реле основан на притяжении стальной подвижной системы к электромагниту при прохождении тока по его обмотке [15,22].
На рис.2.2 представлены три основные разновидности конструкций электромагнитных реле, содержащих: электромагнит 1, состоящий из стального магнитопровода и обмотки; стальную подвижную систему (якоря) 2, несущую подвижный контакт 3; неподвижные контакты 4; противодействующую пружину 5.
Проходящий по обмотке электромагнита ток Iр создает магнитодвижущую силу (МДС) wPIP, под действием которой возникает магнитный поток Ф1, замыкающийся через магнитопровод электромагнита 1, воздушный зазор δ и подвижную систему 2. Якорь намагничивается, появляется электромагнитная сила FЭ, притягивающая якорь к полюсу электромагнита. Если сила FЭ преодолевает сопротивление пружины, то якорь приходит в движение и своим подвижным контактом 3 замыкает неподвижные контакты реле 4. При прекращении или уменьшении тока Iр до значения, при котором сила FЭ становится меньше силы FП сопротивления пружины 5, якорь возвращается в начальное положение, размыкая контакты 4.

1 При питании обмотки реле переменным током Iр = Imsinwt под Ф подразумевается мгновенное значение потока Фt = Фmsinwt или его действующее значение.
Начальное и конечное положения якоря ограничиваются упорами 6.

Силы и момент, действующие на подвижную систему реле. Как известно [10], электромагнитная сила FЭ, притягивающая стальной якорь к электромагниту и вызывающая движение якоря, пропорциональна квадрату магнитного потока Ф в воздушном зазоре:
(2.1)
Магнитный поток Ф и создающий его ток IP связаны соотношением
(2.2)
где RM – магнитное сопротивление пути1, по которому замыкается магнитный поток Ф; wP – количество витков обмотки реле.
Магнитное сопротивление магнитопровода электромагнита RM состоит из сопротивления его стальной части RC и воздушного зазора δ RВ.З:
,
Подставив (2.2) в (2.1), получим
(2.3)
У реле с поворотным якорем и с поперечным движением якоря (рис.2.2, б, в) электромагнитная сила FЭ образует вращающий момент
(2.4)
где d - плечо силы FЭ.
Из (2.3) и (2.4) следует, что сила притяжения FЭ и ее момент Мэ пропорциональны квадрату тока I2Р в обмотке реле и имеют, следовательно, постоянное направление, не зависящее от направления (знака) этого тока. Поэтому электромагнитный принцип пригоден для выполнения реле как постоянного, так и переменного тока и широко используется для изготовления измерительных реле тока, напряжения и вспомогательных реле логической части: промежуточных, сигнальных и реле времени.

1 Магнитное сопротивление RM участков магнитной цепи Rc и RB.З пропорционально его длине l и обратно пропорционально сечению участка S и абсолютной магнитной проницаемости
При перемещении якоря электромагнитного реле в сторону срабатывания уменьшаются воздушный зазор δ (рис.2.2) и соответственно RM. При постоянстве тока в реле уменьшение RM вызывает увеличение магнитного потока Ф (2.3), что обусловливает возрастание Fэ и Мэ (2.4).
У реле с поперечным движением якоря и с втягивающимся якорем поле в воздушном зазоре нельзя считать однородным. Для этих конструкций зависимости RM = ¦(δ), Fэ = ¦(δ) и Мэ = = ¦ (α) имеют сложный характер (рис.2.2, а, б). Силу Fэ и момент Мэ можно выразить через производную магнитной проводимости воздушного зазора [10] уравнением
(2.5)
где GB.З - магнитная проводимость воздушного зазора, равная 1/RВ.З.
Сила (момент), противодействующая движению подвижной системы реле, создается пружиной (F п и М п), трением и тяжестью подвижной системы (FT и МТ). При движении якоря на замыкание контактов F п и М п увеличиваются с уменьшением δ по линейному закону: М п = ka. (рис.2.3, а); сила трения FT остается неизменной.
Токи срабатывания и возврата реле, коэффициент возврата. Ток срабатывания. Реле начинает действовать, когда

или
Мэ = Мэ.с.р = М п + Мт. (2.6)
Наименьший ток, при котором реле срабатывает, называется током срабатывания Iср.

В реле, выполняющих функции ИО, предусматривается возможность регулирования Iср изменением числа витков обмотки реле (ступенями) и момента, противодействующей пружины МП (плавно).
Ток возврата. Возврат притянутого якоря в исходное положение происходит при уменьшении тока в обмотке реле под действием пружины 5 (см. рис.2.2), когда момент МП преодолевает электромагнитный момент МЭ.ВОЗ и момент трения МТ. Как следует из рис.2.4, это произойдет при соблюдении условия
(2.7)
где МЭ'2 - момент, при котором начинается возврат реле.
Током возврата реле IВОЗ называется наибольшее значение тока в реле, при котором якорь реле возвращается в исходное положение.
Коэффициент возврата. Отношение токов IВОЗ /Iср называется коэффициентом возврата кB:
(2.8)
У реле, реагирующих на возрастание тока, Iс.р > IВОЗ и kB < 1.
Из диаграммы (рис.2.4) следует, что чем больше избыточный момент Δ M и момент трения МT, тем больше разница между IВОЗ и Iс.р и тем меньше kB.
,