2.7. Поляризованные реле

Поляризованные реле являются разновидностью электромагнитных конструкций. Якорь поляризованного реле находится под воздействием двух магнитных потоков, из которых один создается током, питающим обмотку реле, – рабочий, а второй – постоянным магнитом – поляризующий. Поляризованные реле выполняются в двух вариантах: с дифференциальной магнитной системой и с мостовой.

Обе конструкции состоят из сердечника 1, обмотки 2, постоянного магнита 3, якоря 4 и контактной системы 5 (рис. 2.25). В дифференциальной системе (рис. 2.25, а) поляризующий магнитный поток Ф_Пвыходит из полюсаNи разветвляется на две частиФ_па иФ_пб. Обмотка 2, обтекаемая токомI_P, создает рабочий поток Ф_Р.

Для простоты рассмотрения часть магнитного потока, ответвляющаяся через якорь, не учитывается. В воздушном зазоре δ_амагнитные потоки Ф_Пи Ф_Р суммируются, а вδ_бвычитаются, образуя результирующие магнитные потоки:

Ф_а = Ф_па + Ф_р и Ф_б = Ф_пб – Ф_р(2.11)

Под действием Ф_аякорь притягивается к левому полюсуа с силой. СилеF_a противодействует сила, стремящаяся притянуть якорь к правому полюсу б.

При определенном токе I_P ≤I_С,РФ_а становится больше Ф_б; Ф_а> Ф_б, и якорь отклоняется влево к полюсуа, замыкая контакты 5.

При изменении направления тока I_P поток Ф_атакже меняет свое направление, вследствие чего в зазореδ_авозникает разность магнитных потоков, а в зазореδ_бих сумма. Тогда приI_P ≥I_С,Рпоток Ф_б> Ф_а,F_б>F_a, и якорь отклоняется вправо. Таким образом, благодаря наличию поляризующего потока реле реагирует не только на значение тока, но и на его направление.

Поляризованные реле непригодны для работы на переменном токе. Поляризованные реле обладают важными преимуществами: высокой чувствительностью и малым потреблением, достигающим при минимальном токе срабатывания и зазоре между контактами 0,5 мм 0,005 Вт; высокой кратностью тока термической стойкости (20-50)I_cpmin, у обычных электромагнитных реле термическая кратность не превышает 1,5I_cpmin;быстротой действия 0,005 с.

Недостатками поляризованных реле являются: малая мощность контактов; небольшой зазор между ними 0,1-0,5 мм; невысокий коэффициент возврата.

2.8. Индукционные реле

Принципы действия и выполнения индукционных систем.Работа индукционных реле основана на взаимодействии переменных магнитных потоков с токами, индуктированными ими в подвижной системе реле. Основными элементами реле являются два электромагнита 1 и 2 и подвижная система 3, расположенная в магнитном поле электромагнитов (рис. 2.26). Подвижная система выполняется из немагнитного электропроводящего материала в виде медного или алюминиевого диска, либо полого цилиндра (барабанчика), закрепленного на вращающейся оси 4. С осью 4 жестко связан подвижный контакт реле 5, замыкающий при повороте неподвижные контакты 6. движению диска в сторону замыкания контактов противодействует спиральная пружина 7.

Обмотки электромагнитов 1 и 2 питаются переменными (синусоидальными) токамиI₁, иI₂, которые создают переменные магнитные потокиФ₁иФ₂ . Положительное направление токов и соответствующее им положительное направление потоков, определяемое по правилу буравчика, показаны на рис. 2.26. Векторная диаграмма их изображена на рис. 2.27. Пренебрегая

потерями на намагничивание, потоки Ф₁иФ₂, показаны на диаграмме совпадающими с токамиI₁, иI₂. Магнитный потокФ₁пронизывая подвижную систему 3, наводит в диске ЭДС потокФ₂ – ЭДС. Наведенные ЭДС отстают по фазе на 90^оот вызывающих их магнитных потоков. Под действием ЭДСЕ_Д1 и Е_Д2, в подвижной системе возникают вихревые токиI_Д1иI_Д2, замыкающиеся вокруг оси индуктирующего их магнитного потока. Положительные направленияI_Д1иI_Д2, определенные по правилу буравчика по положительному направлению потоковФ₁, иФ₂показаны на рис. 2.27. Вследствие малой индуктивности контура вихревых токов их векторыI_Д1иI_Д2 принимаются совпадающими по фазе с вызвавшими их ЭДС (Е_Д1 и Е_Д2).

В рассматриваемой конструкции возникают две силы: F_Э1 =k₁Ф₁I_Д2– обусловленная взаимодействием магнитного потока Ф₁, и токаI_Д2, наведенного другим потоком Ф₂, иF_Э2 =k₂Ф₂I_Д1, вызванная воздействием потока Ф₂на токI_Д1наведенный потоком Ф₁.

Силы взаимодействия потока Ф₁, со "своим" токомI_Д1, иФ₂с вихревым токомI_Д2равны нулю.

Направление сил F_Э1иF_Э2 и создаваемые ими моменты вращения М_Э1и М_Э2 определяются их средними значениями за период, которые зависят от угла сдвига фаз между взаимодействующими потоками и токами в диске. СилыF_Э1иF_Э2 определяются по правилу "левой руки" и показаны на рис. 2.26. Результирующая электромагнитная силаF_Э=F_Э1+F_Э2 . Результирующий электромагнитный момент М_Э =F_Эd, гдеd – плечо силыF_Э, относительно оси вращения. Момент М_Э, приводит в движение подвижную систему 3, которая в зависимости от знака (направления) М_Э, действует в сторону замыкания или размыкания контактов реле 5.

Электромагнитная сила F_Э и ее момент М_Э. Значение результирующей электромагнитной силыF_Э, выражается через магнитные потокиФ₁, иФ₂создаваемые токами, питающими обмотки электромагнитов реле, угол сдвига фаз между ними ψ и частоту входных токовf:

F_Э=k’fФ₁Ф₂sinψ. (2.12)

Соответственно электромагнитный момент

М_Э=F_Эd=k’’fФ₁Ф₂sinψ=kfФ₁Ф₂sinψ, (2.13)

где Ф₁, и Ф₂, – действующие значения магнитных потоков;k,k',k" – постоянные величины.

Анализируя выражение (2.13), можно сделать следующие выводы:

1) результирующий момент пропорционален действующим (или амплитудным) значениям магнитных потоков и зависит от сдвига фаз ψ между токами, подведенными к реле. Это означает, что индукционные реле могут служить для сравнения фаз входных токов. Реле имеет максимальный момент при ψ = 90^oи не действует при ψ = 0;

2) знак момента зависит отsinψ. Результирующая силаF_Э; направлена от оси опережающего к оси отстающего магнитного потока;

3) конструкция реле должна обеспечить создание не менее двух переменных магнитных потоков (Ф₁, и Ф₂), пронизывающих подвижную систему в разных точках и сдвинутых по фазе на угол ψ ≠ 0;

4) поскольку действующие значения магнитных потоков Ф₁, и Ф₂являются постоянными величинами, то мгновенное значение моментов индукционных реле в отличие от электромагнитных не изменяется во времени. Поэтому у индукционных реле отсутствует вибрация контактов, если токи и напряжения, создающие соответствующие потоки, синусоидальны;

5) на индукционном принципе могут выполняться только реле переменного тока: реле тока, направления мощности, сопротивления и др.