3. Электромагнитные реле постоянного тока

Устройство электромагнитных реле постоянного тока показано на рис. 4: а — с поворотным якорем, б — с втяжным якорем. Основные детали и узлы реле имеют следующие обозначения: 1 — катушка на каркасе; 2 — ярмо; 3 — сердечник; 4 — якорь; 5 — штифт отлипания (немагнитная прокладка); 6 — возвратная пружина; 7 — подвижные контакты; 8' и 8" — неподвижные контакты.

Магнитопровод электромагнитного механизма реле состоит из неподвижной и подвижной частей. Подвижная часть называется якорем. Неподвижная часть состоит из сердечника, который находится внутри катушки, и ярма — той части магнитопровода, которая охватывает катушку.

Рис. 4. Электромагнитные реле постоянного тока

В реле с поворотным якорем (рис. 4, а) электромагнитный механизм и контактный узел закреплены на общем изоляционном основании 9. При протекании тока по обмотке катушки 1 якорь 4 притягивается к сердечнику 3 и совершает поворот относительно точки опоры А. При этом якорь перемещает подвижный контакт 7, который размыкается с неподвижным контактом 8' и замыкается с неподвижным контактом 8". Контакты закреплены на плоских пружинах 10, которые служат и для подсоединения к внешней цепи. Когда ток через обмотку реле прекращается, якорь поворачивается в исходное положение.

В некоторых реле это происходит под действием силы тяжести якоря, в некоторых — под действием контактных пружин или специальной возвратной пружины 6. Для того чтобы якорь при обесточивании обмотки не прилипал к сердечнику из-за остаточного намагничивания магнитопровода, на якоре устанавливается штифт отлипания 5 — пластинка из немагнитного материала, обеспечивающая зазор примерно в 0,1 мм между якорем и сердечником при срабатывании реле. Обычно сердечник имеет полюсный наконечник 11 для уменьшения магнитного сопротивления рабочего воздушного зазора.

В электромагнитном реле с втяжным якорем (рис. 4, б) при протекании тока по обмотке катушки 1 якорь 4 втягивается внутрь ее до упора в сердечник 3. При этом подвижные мостиковые контакты 7 размыкаются с неподвижными контактами 8' и замыкаются с неподвижными контактами 8". Возврат якоря 4 в исходное положение при обесточивании реле происходит под действием возвратной пружины 6. Как и в реле с поворотным якорем, для исключения залипания якоря служит штифт 5. Для возврата якоря в исходное положение может использоваться и сила тяжести якоря.

4. Последовательность работы электромагнитного реле

Рассмотрим последовательность работы электромагнитного реле с момента подачи напряжения на обмотку реле до момента снятия напряжения с обмотки и возвращения якоря в исходное положение. Поскольку обмотка реле имеет индуктивное сопротивление, ток в ней не может измениться скачком. Изменение тока (как нарастание, так и убывание) происходит плавно по экспоненциальной кривой (рис. 5).

На рис. 5, показывающем изменение тока обмотки реле во времени, можно выделить четыре участка.

Рис. 5. График изменения тока в обмотке реле

Участок характеризует срабатывание реле. Он начинается с момента подачи напряжения на обмотку реле (точкаО) и заканчивается в момент надежного замыкания контактов (точка А). На этом участке происходит срабатывание реле, и продолжительность его называется временем срабатывания t_ср. Сразу после подачи напряжения ток в обмотке реле нарастает довольно быстро, поскольку постоянная времени сравнительно мала. Постоянная времени катушки, имеющей сопротивление R и индуктивность L, равна отношению L/R, а пока якорь не начал приближаться к сердечнику, магнитная цепь имеет большой зазор и, следовательно, индуктивность мала. Когда ток в обмотке реле достигнет значения I_тр, при котором начинает движение (трогается) якорь, зазор начнет уменьшаться, индуктивность будет возрастать, а скорость нарастания тока будет уменьшаться. Время срабатывания состоит из времени трогания t_тр и времени движения якоря t_дв (t_ср= t_тр + t_дв). В точке А ток имеет значение t_ср. Ток срабатывания больше тока трогания, поскольку за время t_дв продолжалось его нарастание.

В точке А закончилось движение якоря. Начинается участок II, характеризующий реле в рабочем состоянии. Продолжительность этого участка t_раб. В начале этого участка ток продолжает увеличиваться. В точке В рост тока прекращается, значение его определяется отношением напряжения на обмотке U к активному сопротивлению обмотки R. Это установившийся ток . УчастокАВ необходим для того, чтобы обеспечить надежное притяжение якоря к сердечнику, исключающее вибрацию якоря при сотрясениях реле. Отношение установившегося тока к току срабатывания I_ср называется коэффициентом запаса реле по срабатыванию ; В то же время I_уст должен быть ограничен по соображениям нагрева.

Участок III начинается с момента снятия напряжения с обмотки реле. В точке С начинается уменьшение тока, и в точке D якорь начинает отходить от сердечника (отпускает). В этой точке ток I_от не обеспечивает такую силу притяжения, которая превышала бы противодействующую силу пружины. Время отпускания состоит из времени трогания и времени движения якоря до размыкания контактов: t_от= t_тр + t_дв. Отношение тока отпускания к току срабатывания называется коэффициентом возврата: ;

На участке IV якорь возвращается в исходное состояние и остается в нем до тех пор, пока не будет снова подано напряжение на обмотку реле.