Электромагнитные реле переменного тока

В тех случаях, когда основным источником энергии является сеть переменного тока, желательно применять реле, обмотки которых питаются переменным током. При подаче в обмотку реле переменного тока якорь будет притягиваться к сердечнику так же, как и при постоянном токе под действием электромагнитной силы F_э, пропорциональной магнитному потоку Ф_δ, возникающему в зазоре между якорем и сердечником и создаваемому при протекании тока в обмотке электромагнита:

Так как ток в обмотке электромагнита переменный, то и магнитный поток Ф_δ, создаваемый этим током в рабочем зазоре, будет также переменным, т. е.

После преобразований получим

или

где μ₀ — магнитная постоянная.

Применение короткозамкнутого витка (экрана), охватывающего часть конца сердечника (расщепленный сердечник), является наиболее эффективным способом устранения вибрации якоря реле.

На рис. 6.4 изображена схема реле переменного тока с короткозамкнутым витком (контакты реле и выводы обмотки на схеме не показаны). Конец сердечника, обращенный к якорю, расщеплен на две части, на одну из которых надета короткозамкнутая обмотка — экран Э (один или несколько витков).

Рисунок 6.4. Схема реле переменного тока с короткозамкнутым витком

Принцип работы реле заключается в следующем. Переменный магнитный поток Ф_осн основной обмотки w_осн, проходя через разрезанную часть сердечника, делится на две части. Часть потока Ф₂ проходит через экранированную половину полюса сечением S_δ2, в которой размещается короткозамкнутая обмотка (экран), а другая часть потока Ф₁ проходит через неэкранированную половину полюса сечением S_δ1. Поток Ф₂ наводит в короткозамкнутом витке ЭДС е_кз, которая создает ток I_кз. При этом возникает еще один магнитный поток Ф_кз, который воздействует на магнитный поток Ф₂ и вызывает его отставание относительно потока Ф₁ по фазе на угол φ = 60... 80°. Благодаря этому результирующее тяговое усилие F_э никогда не доходит до нуля, так как потоки проходят через нуль в разные моменты времени.

6.2. Поляризованные электромагнитные реле

В отличие от рассмотренных ранее нейтральных электромагнитных реле, у поляризованного реле направление электромагнитного усилия зависит от полярности сигнала постоянного тока в обмотке. Поляризация этих реле осуществляется при помощи постоянного магнита.

Существует много конструктивных разновидностей поляризованных реле, которые классифицируются по ряду признаков. По конструктивной схеме магнитной цепи различают реле с последовательной, параллельной (дифференциальной) и мостовой магнитными цепями, по числу обмоток управления — одно и многообмоточные, по способу настройки контактов (числу устойчивых положений якоря) — двух- и трехпозиционные.

Поляризованные реле могут быть использованы также в качестве вибропреобразователей, но наибольшее распространение они получили в маломощной автоматике, особенно в следящих системах при управлении реверсивными двигателями.

К числу достоинств поляризованных реле относятся:

• высокая чувствительность, которая характеризуется малой мощностью срабатывания и составляет 10^-5 Вт;

• большой коэффициент управления;

• малое время срабатывания (единицы миллисекунд).

Недостатки по сравнению с нейтральными электромагнитными реле следующие:

• несколько сложнее конструкция;

• большие габаритные размеры, вес и стоимость.

В поляризованных реле используют дифференциальные и мостовые схемы магнитных цепей, которые имеют много разновидностей (название цепей определяется типом электрической схемы замещения электромагнитной системы). На рис. 6.5 изображено поляризованное реле с дифференциальной схемой магнитной цепи.

Рисунок 6.5. Поляризованное реле с дифференциальной схемой магнитной цепи: 1,1’ - намагничивающие катушки; 2- ярмо; 3- постоянный магнит;

4- якорь; 5,5^’- контакты.

На якорь реле действует два независимых друг от друга потока: поток Ф_0(п), создаваемый постоянным магнитом 3 и не зависящий от рабочего состояния схемы, в которую включено реле, и рабочий (управляющий) поток Ф_э(р), создаваемый намагничивающими катушками 1 и 1’ и зависящий от тока, протекающего по их обмоткам.

Электромагнитное усилие, действующее на якорь 4, зависит, таким образом, от суммарного действия потоков Ф_э(р) и Ф_0(п). Изменение направления электромагнитного усилия при изменении полярности тока в рабочей обмотке происходит вследствие того, что изменяется направление рабочего потока относительно поляризующего.

Поляризующий поток Ф_0(п) проходит по якорю и разветвляется на две части — Ф₀₁ и Ф₀₂ в соответствии с проводимостями воздушных зазоров слева δ_Л и справа δ_пр от якоря. В зависимости от полярности управляющего сигнала рабочий поток Ф_э(р) вычитается из потока Ф₀₁ в зазоре слева от якоря и прибавляется к потоку Ф₀₂ справа от якоря (как показано на рис. 6.5), или наоборот. В случае, показанном на рисунке, якорь перекинется из левого положения в правое. При выключении сигнала якорь будет находиться в том положении, которое он занимал до выключения сигнала. Таким образом, результирующее электромагнитное усилие, действующее на якорь, будет направлено в строну того зазора, где магнитные потоки суммируются.

Поляризованные реле находят широкое применение в схемах автоматики благодаря своим характерным особенностям. Наличие нескольких обмоток позволяет использовать их в качестве логических элементов, небольшая мощность срабатывания — в качестве элементов контроля небольших электрических сигналов, малое время срабатывания и чувствительность к полярности входных сигналов — в качестве амплитудных модуляторов и демодуляторов. Благодаря высокой чувствительности поляризованные реле часто используют в маломощных цепях переменного тока с включением через выпрямитель.