книги / Элементы автоматики и счетно-решающие устройства

нии якоря меняются одновременно к ток и потокосцепление, при­ чем вследствие нелинейности кривой намагничивания стали пото­ косцепление изменяется не пропорционально току. Кроме того, движение якоря реле, а значит, и изменение магнитного сопротив­ ления RBвоздушного зазора начинаются уже во время переходного процесса, соответствующего нарастанию тока в обмотке. Для опре­ деления Wu несколько идеализируем условия, предполагая, что

реле работает при малых насыщениях, т. е. на линейном участке кривой намагничивания, и что все витки w катушки пересекаются

полным магнитным потоком Ф. Это означает, что магнитный поток Ф и потокосцепление Чг = шФ пропорциональны току (прямая ОА

на рис. 3. 3, б ) . Кроме того, будем полагать приближенно, что дви­ жение якоря начинается только после того, как ток в обмотке до­ стигнет своего установившегося значения I.

Тогда энергия магнитного поля, накопленная до начала дви­ жения якоря, определяется площадью треугольника ОА 'К, увели­

чение энергии магнитного поля за счет перемещения якоря — пло­ щадью прямоугольника ЧМБЧ'о, а энергия магнитного поля, остающегося в реле после окончания движения якоря — площадью треугольника ОБ 'Ко. Следовательно, на механическую работу пере­ мещения якоря затрачена часть энергии магнитного поля WM, опре­ деляемая площадью заштрихованного треугольника ОАВ:

Магнитный поток

и

Iw

Фо

где RMo=Rcr = const;

RM=RCI+RB — общее магнитное сопротивление магнитопрово-

да реле, зависящее от величины воздушного за­ зора 6.

Для наиболее употребительного случая, когда воздушный зазор реле ограничен двумя плоскостями и мал по величине, т. е. маг­ нитное поле в нем может считаться приблизительно равномерным,

где ро= 4я • 10~7— магнитная проницаемость воздуха в гн[м. Если же учесть, что для большинства конструкций реле R CT^ R B,

то, пренебрегая /?Ст, получим формулу для силы притяжения якоря

из которой следует, что сила притяжения прямо пропорциональна квадрату магнитодвижущей силы, т. е. не зависит от направления гока в обмотке реле, и обратно пропорциональна квадрату длины воздушного зазора б. В эту формулу подставляют / — в а; 6 — в м и 5 В в м2. Коэффициент 9,81 введен для получения размерности [н]

в единицах системы СИ.

Другую запись этой формулы, известную под названием фор­

Зависимость электромеханической силы, действующей на якорь реле, от положения реле называется его электромеханической ха­ рактеристикой (рис. 3 .4). При воздушных зазорах, близких к нулю,

реальная электромеханическая характеристика расходится с пунк­ тирной кривой, построенной по формуле (3.6), дающей при б==о бесконечно большое значение Fg. Это расхождение объясняется

тем, что в формуле (3.6) мы пренебрегали малым, но не равным нулю магнитным сопротивлением Rcт стального магнитопровода На самом деле при б — 0 величина Rcт определяет величину RM

контактом будем понимать конструктивный элемент реле, служа­

щий для замыкания или размыкания электрических цепей. Работоспособность контактов определяется тремя основными1

параметрами: максимально допустимой мощностью длительного замыкания контактов РДШах, максимально допустимой разрывной мощностью Рр max и максимально допустимой частотой размыкания

изамыкания.

1.При длительном замыкании контактов ток / в управляемой цепи, проходя по контактам, вызывает их нагрев, который при больших значениях тока может привести к расплавлению контак­

в управляемой цепи и сопротивлением контакта. Так как нагрев контактов проходящим по ним током определяется сопротивлением контактов и их теплоотдачей, то величина РДшах зависит от формы, размеров, материала и сопротивления контактов. В маломощной автоматике наиболее часто применяются серебряные точечные (см. рис. 3.3) контакты.

Так как удельное сопротивление контактных материалов обыч­ но невелико, то сопротивление контакта RK, определяется в основ­

ном электрическим сопротивлением поверхности соприкосновения подвижного и неподвижного контактов или так называемым пере­ ходным сопротивлением контакта. Контакты соприкасаются не по

плоскости, а по отдельным неровностям контактных поверхностей, подвергающихся смятию вследствие контактного давления. Следо­ вательно, переходное сопротивление контакта RK зависит от кон­

тактного давления, свойств материала и состояния (чистоты об­ работки, наличия окислов и т. п.) контактной поверхности.

2. При отходе подвижного контакта от неподвижного между ними может возникнуть электрическая дуга, разрушающая кон­ такты вследствие переноса металла (эрозии) с одного контакта на другой и кратковременного, но сильного нагрева их. Мощность при

определяют обычно экспериментально для разных типов контактов и их нагрузок. При разрыве цепей переменного тока, когда ток периодически проходит через нулевое значение, гашение дуги осу­ ществляется значительно легче, так как при разведении контактов на какое-то расстояние она может погаснуть в момент / = 0 и уже больше не зажечься ввиду недостаточной величины напряжения зажигания (поддерживать горение дуги значительно легче, чем зажигать дугу заново). Поэтому при одинаковых прочих условиях максимальная отключаемая мощность переменного тока может быть допущена в 2—3 раза больше, чем отключаемая мощность по­ стоянного тока.

Образование электрической дуги или искрообразование проис­ ходит вследствие накопления энергии в индуктивности управляемой электрической цепи при ее коммутации. Поэтому чем больше ин­ дуктивность коммутируемой цепи, тем хуже условия работы кон­ тактов и меньше Рртах. Для уменьшения искрообразования в ре­ лейных схемах применяют два основных типа искрогасящих уст­ ройств: устройства, шунтирующие индуктивность управляемой цепи, и устройства, шунтирующие сами контакты. Оба типа таких схем изображены на рис. 3. 5. Их работа основана на том, что маг­ нитная энергия, накопленная в индуктивности, расходуется не в за­ зоре между контактами, а в каком-то дополнительном элементе электрической цепи.

В схеме а магнитная энергия при размыкании контактов рас­ ходуется в сопротивлении Rm контура Rm—RH—LH, которое должно быть в 5— 10 раз больше сопротивления RH основной цепи.

Величину Rm можно подсчитать по формуле

0,25~ «7

Недостатком такой схемы является потеря энергии в сопротив­ лении Rm при постоянно замкнутых контактах. Этот недостаток устраняется, если сопротивление Rm включить последовательно с емкостью С, как показано на схеме б. При этом, однако, надо опасаться возникновения колебаний в контуре RB—LH—С. Для от­ сутствия колебаний отношение LJC должно быть выбрано из

условия 1н/С<1 н~2~ Ш) ® ветви с емкостью при длительном за­

мыкании или размыкании контактов потерь энергии не будет, так как ток через емкость будет проходить только в моменты комму­ тирования контактов.

В схеме в для этой же цели используют диод. Для основного тока в схеме в сопротивление (обратное) диода велико и потерь энергии почти нет. Ток i, создаваемый э. д. с. самоиндукции, про­

противления ограничивается тем, что падение напряжения на нем при разомкнутом контакте должно быть меньше напряжения дугообразования. Недостатком схемы является потребление тока от источника питания при разомкнутом контакте.

Наибольшее распространение получила схема д с шунтирова­ нием контактов емкостью порядка 0,5—2 мкф (величина емкости

подбирается экспериментально). При повторном замыкании кон­ тактов в этом случае иокрообразование может вновь появиться вследствие большого разрядного тока конденсатора. Поэтому по­ следовательно с ним рекомендуется ставить сопротивление Яш, на

котором будет расходоваться разрядный ток конденсатора. Вели­ чину сопротивления Яш выбирают по формуле

причем во всех случаях должно быть

3.1. 3. Временные характеристики

При замыкании ключа К для электрической цепи (рис. 3.6, а), составленной из обмотки реле с индуктивностью L и активным со­ противлением R и добавочного сопротивления Ra, справедливо

уравнение

U = R 0i + L % ,

При размыкании ключа К ток в обмотке реле исчезает и вы­ ключение его происходит практически мгновенно. При выключе­ нии реле закорачиванием его обмотки (пунктир на рис. 3.6, а)

ток в обмотке уменьшается по зависимости

где т' = L/R — постоянная времени обмотки реле.

индуктивности L обмотки за счет изменения величины воздушного

зазора между сердечником и якорем реле при движении последне­ го (при притяжении якоря L увеличивается, а при отпускании па­

дает) .

Рис. 3.6. Вид включения реле в электрическую цепь

реле отойдет от сердечника, называется током отпускания. Величи­ на / Ср всегда больше / о т , так как для создания одинаковой силы

при большем воздушном зазоре требуется, естественно, больший ток. Отношение

Х = ^ - < 1

/ср

называется коэффициентом возврата реле.

Соответствующие интервалы времени между моментом вклю­ чения или выключения тока в реле и моментом начала воздействия

В нормальных производственных условиях довольно сложно вычислить время срабатывания реле, так как трудно определить индуктивность L его обмотки. Кроме того, при вычислении ^Ср не

учитываются погрешности, вносимые влиянием вихревых токов