4.2 Силы и моменты, действующие на подвижную часть реле.

Электромагнитная сила F_Э, притягивающая якорь к полюсу сердечника пропорциональна квадрату магнитного потока Ф в воздушном зазоре

(1)

В свою очередь магнитный поток

(2)

Магнитное сопротивление R_M магнитного пути складывается из магнитного сопротивления стальной части магнитопровода R_MC и магнитного сопротивления воздушного зазора R_{M в.з.}

(3)

Из выраженной (2) и (1) имеем

(4)

У реле с поворотным якорем и с поперечным движением якоря электромагнитная сила F_Э создает вращающийся момент

, (5)

где d – плечо силы F_Э.

Из выраженной (4) и (5) следует, что сила притяжения F_Э и момент вращения М_Э прямопропорциональны квадрату тока в обмотке реле и имеют постоянное направление, не зависящее от направления тока I_p в обмотке реле. Поэтому электромагнитный принцип пригоден для выполнения реле как постоянного, так и переменного тока. На этом принципе изготавливаются:

• измерительные реле тока и напряжения;

• вспомогательные реле логической части РЗ (промежуточные и указательные реле и реле времени).

При перемещении якоря в сторону срабатывания уменьшается воздушный зазор , и соответственно этому уменьшается R_M. При постоянстве I_p уменьшение R_M вызывает увеличение F_Э и M_Э.

У реле с поперечным движением якоря и с втягивающимся сердечником из-за неоднородности м.п. в воздушном зазоре зависимости имеют сложный характер. Силу и момент можно выразить через производную магнитной проводимости воздушного зазора

Движению подвижной системы реле противодействует сила, создаваемая пружиной F_пр , трением F_тр и инерционностью подвижной системы

(6)

Здесь F_{Пр нач} – значение противодействующей сил пружины, обусловленное предварительным (начальным) натяжением пружины. К – коэффициент пропорциональности, учитывающий параметры пружины, d – параметр, обусловленный дополнительным натяжением пружины (перемещением, поворотом якоря).

Сила трения при движении якоря остается постоянной.

Сила противодействия от момента инерции имеет наибольшую величину в момент трогания якоря и убывает по экспоненте по мере набора якорем скорости перемещения. При равномерном движении якоря (т.е. без ускорения) М_И равен нулю.

2. Токи срабатывания и возврата реле. Реле начинает действовать, когда

или (7)

Наименьший ток, протекающий по обмотке реле, при котором реле срабатывает, называется током срабатывания реле I_ср

В реле, выполняющих функции измерительного органа, предусматривается возможность регулирования тока срабатывания. Например, в токовом реле серии РТ-80 ток срабатывания I_ср регулируется путем изменения числа витков обмотки реле (ступенчатое регулирование I_ср), в реле РТ-40 регулирование тока срабатывания осуществляется натяжением (отпусканием) противодействующей пружины (плавно).

Возврат притянутого якоря в исходное положение происходит при уменьшении тока в обмотке реле под действием пружины, когда момент пружины преодолевает электромагнитный момент М _{э.ост..воз.} и момент от силы трения.

. (8)

Здесь М_{Эост.воз.} – остаточный электромагнитный момент, при котором якорь начинает возвращает в исходное положение.

С

М_{Эвоз.ост.}

рабатывание реле происходит при токе Ip, создающем М_{Эср.нач.}, больший суммарного момента сопротивления, т.е. когда .

Рисунок 6. Диаграмма электромеханических и механических

сил и моментов реле.

П о мере перемещения якоря уменьшается зазор , уменьшается магнитное сопротивление магнитного пути, при этом возрастает магнитный поток и, как следствие этого, возрастает М_Э. Тем самым обеспечивается постоянное преобладание М_{Э ср.} над М_С, и реле надежно срабатывает.

Значению момента М _{э.воз. ост.} соответствует ток реле І_р,= І_в., называемый током возврата реле.

Таким образом, током возврата реле І_в называется наибольшее значение тока в обмотке реле, при котором якорь начинает возвращаться в исходное положение.

Коэффициент возврата (9)

Из диаграммы видно, что чем больше избыточный момент

∆ М_Э и момент трения М_Т, тем больше разница между І_в и І_ср тем меньше К_в.

Уменьшение начального зазора _нач ведёт к более пологому наклону кривой М _{э. ср} (т.е. точка 1 будет на диаграмме располагаться выше). Это означает, что с уменьшением зазора _нач ток срабатывания реле уменьшается. Следовательно, К в возрастает.

Наклон кривой М _Пр. также оказывает влияние на величину К_в. Чем круче кривая М _Пр., тем К _в больше. Наклон кривой М _Пр. определяется жесткостью пружины, количеством витков пружины, углом предварительного закручивания. От угла предварительного закручивания пружины зависит положение точки 2. Чем больше угол предварительного закручивания, тем К _в больше.