Основные теоретические сведения

Реле являются наиболее распространенными элементами систем автоматики, телемеханики и связи. Реле называют элемент, в котором при достижении известного значения входной величины Х выходная величина У изменяется скачкообразно.

Реле предназначаются для выявления предельных значений входной величины, усиления мощности сигнала, одновременной передачи сигнала в несколько цепей и др. Статическая характеристика реле приведена на рис. 2.2. При изменении входной величины от 0 до Х₂ выходная величина У остается постоянной и равной У₁. В момент Х=Х₂ выходная величина скачкообразно изменяется от значения У₁ до У₂. При дальнейшем увеличении Х выходная величина остается постоянной и равной У₂. При уменьшении входной величины до Х₁ выходная величина также остается равной У₂, а в момент Х=Х₁ происходит скачок, выходная величина уменьшается до значения У₁ и это значение не изменится при уменьшении Х до нуля. Величина Х₂ называется величиной срабатывания реле, Х₁ – величиной отпускания. Отношение Кв= называют коэффициентом возврата, а Кз= – коэффициентом запаса реле, где Хр – величина рабочего параметра, который должен быть больше величины срабатывания для надежности работы реле.

В системах автоматики и телемеханики существует большое число различных типов реле. Наиболее распространенной группой являются электромеханические реле (электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические, индукционные и т.д.), в которых изменение входной электрической величины вызывает механическое перемещение якоря, приводящее к замыканию или размыканию электрических контактов реле.

Рис. 2.2. Статическая характеристика реле

Основным видом электрических реле является нейтральное электромагнитное. На рис.2.3 показана схема нейтрального электромагнитного реле, состоящего из подвижного якоря 1, сердечника 2, катушки 3, ярма 4, тыловых 5 и фронтовых 6 контактов. Входной величиной является напряжение, подаваемое на катушку 3 или ток, протекающий по обмотке реле, а выходной – притяжение или отпускание якоря и, как следствие, замыкание или размыкание контактов 5, 6, т.е. ток, протекающий через эти контакты. При приложении к катушке 3 входного напряжения, через нее протекает ток, создающий в сердечнике 2, ярме 4, якоре 1 и в воздушном зазоре между якорем и сердечником магнитный поток, при этом якорь притягивается к сердечнику и своим толкателем замыкает контакты 6 и размыкает контакты 5. Контакты 6 являются нормально-разомкнутыми (НР), т.е. фронтовыми контактами, а контакты 5 – нормально-замкнутыми, т.е. тыловыми.

Рис. 2.3. Устройство нейтрального электромагнитного реле

Такие реле одинаково реагируют на постоянный ток обоих направлений, протекающий по их обмоткам, поэтому они называются нейтральными. В отличие от нейтральных существуют поляризованные реле, которые реагируют на измерение полярности подаваемого сигнала, так как кроме управляющего магнитного поля, создаваемого электромагнитом, имеют поляризующее магнитное поле постоянного магнита.

Важной особенностью электромагнитных реле является то, что они обладают временными параметрами. Временные свойства реле характеризуются двумя параметрами: временем срабатывания tср и временем отпускания tотп. Время срабатывания tср – время, отсчитанное от момента подключения рабочего напряжения к обмотке реле до момента замыкания его контактов. Время отпускания tотп – время, отсчитанное от момента выключения рабочего напряжения до моментов размыкания контактов реле.

Наличие временных параметров обусловлено инерционными свойствами любых электрических обмоток, в том числе обмоток электромагнитного реле, так как они обладают таким инерционным параметром как индуктивность, в которой согласно закону электромагнитной индукции возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая мгновенному изменению тока в обмотке, а значит и изменению величины магнитного потока, который и обуславливает срабатывание и ли отпускание реле.

В зависимости от области применения существуют разделение реле по временным характеристикам. Нейтральные электромагнитные реле, применяемые в устройствах железнодорожной автоматики, по времени срабатывания подразделяются на быстродействующие tср=0,007-0,03с, нормальнодействующие – 0,1-0,4с, медленнодействующие – 0,6-1,2с и реле времени tср1,5с.

В устройствах автоматики часто необходимо изменять временные параметры реле. Время срабатывания и отпускания может изменяться механическими и электрическими методами. Механические методы заключаются в том, что движение якоря замедляется с помощью пневматического, гидравлического или магнитного демпфера. Электрические методы основаны на подключении последовательно или параллельно к обмотке реле различных комбинаций активных и реактивных элементов, которые способствуют изменению постоянной времени электрической цепи обмотки реле. На рис.2.4 показаны схемы включения диода Д (рис. 2.4,а) и конденсатора С (рис. 2.4,б) при замедлении отпускания. Электрические методы замедления позволяют увеличить время переключения реле примерно до значений tср=0,5с, tотп=1с.

Рис. 2.4. Схемы включения конденсатора и диода в электрическую цепь: а – включение диода, б – включение конденсатора