Игумнов Н. П. Типовые элементы и устройства систем автоматического управления (стр. 8 из 33)

Управляются герконы внешним магнитным полем, которое создается катушкой обтекаемой током, или постоянным магнитом. Под действием магнитного поля концы пластин притягиваются, замыкая коммутируемую цепь. При исчезновении поля пластины вследствие силы упругости расходятся, рисунок 1.27, а. Для уменьшения переходного сопротивления контактов на концы пластин-контактов наносится слой серебра, золота, родия или других благородных металлов. Этот слой выполняет также роль немагнитной прокладки, не допускающей залипания контактов.

Рисунок 1.27 – Реле с магнитоуправляемыми контактами

Герконы обладают большим сроком службы с числом срабатываний, достигающим 10⁶ – 10⁹. Благодаря малому расстоянию между контактами и малой инерционности пластинок-контактов реле с магнитоуправляемыми контактами – сравнительно быстродействующие элементы t_ср = 0,5 ÷ 2.0 мс.

Промышленность выпускает разнообразные магнитоуправляемые контакты-герконы с замыкающими, размыкающими и переключающими контактами рисунок 1.27, а – в, а также реле с магнитоуправляемыми контактами, внутри катушки может находиться один или несколько герконов, рисунок 1.27, г.

Реле на магнитоуправляемых контактах предназначены для использования в схемах автоматики в качестве промежуточных реле, реле защиты и запоминающих элементов. Реле промежуточные РПГ и РПГ-2 (миниатюрные) имеют большие функциональные возможности и повышенную надежность благодаря использованию контактов на герконах КЭМ-1. Реле с магнитной памятью РМГ применяют в схемах автоматики в качестве элементов памяти.

Магнитоэлектрические реле. Принцип действия магнитоэлектрического реле основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с током, протекающим по обмотке, выполненной в виде поворотной рамки.

Магнитоэлектрическое реле, рисунок 1.28 состоит из постоянного магнита 1, между полюсными наконечниками которого находится цилиндрический стальной сердечник 2. В кольцевом зазоре между полюсными наконечниками и сердечником создается равномерное радиальное направленное магнитное поле. В зазоре размещена легкая алюминиевая рамка 3 с обмоткой из тонкого провода, к которой подводится ток по спиральным пружинам из фосфористой или оловянно-цинковой бронзы. Эти пружины создают противодействующий момент, стремящийся установить рамку с обмоткой таким образом, чтобы ее плоскость была направлена по оси полюсов магнита 1. При пропускании тока I по обмотке реле на рамку с обмоткой действует вращающий момент, заставляющий ее поворачиваться вокруг оси в направлении, определяемом полярностью тока. Жестко закрепленный на рамке подвижный контакт 4 замыкается с одним из неподвижных контактов 5 или 6.

Сила, действующая на проводник длиной l, обтекаемой током I и помещенный в магнитное поле с индукцией В, определяется на основании закона Ампера:

F = BlI. (16.1)

На рамку длиной l, шириной а, с числом витков ω действует вращающий момент

. (16.2)

Рисунок 1.28 – Магнитоэлектрическое реле

Для конкретного реле Blaw = K = const, следовательно,

M_ир = KI. (16.3)

Из уравнения (16.3) видно, что при неизменных конструктивных параметрах реле и заданном токе I в его обмотке вращающий момент имеет постоянное значение.

В то же время противодействующий момент, создаваемый закручивающимися токопроводящими пружинами, пропорционален углу закрутки, т.е. углу поворота рамки. Поскольку направление поворота рамки определяется направлением тока в обмотке, магнитоэлектрическое реле является поляризованным и может быть выполнено трехпозиционным.

По сравнению с другими электромеханическими реле магнитоэлектрическое реле является наиболее чувствительным, оно срабатывает при мощности управления в доли милливатта. Усилие на контактах магнитоэлектрического реле невелико (порядка 10^-2 Н и менее), поэтому для повышения надежности контакты выполняются из платины и платинородиевого сплава. При резком изменении усилия маломощные контакты быстро изнашиваются, поэтому магнитоэлектрические реле используются обычно в схемах, где сигнал постоянного тока меняется медленно. По своему быстродействию они уступают нейтральным магнитным реле.

Электродинамические реле. Принцип действия электродинамического реле основан на взаимодействии двух катушек с током, одна из которых подвижна, а другая неподвижна. От магнитоэлектрического реле электродинамическое реле отличается тем, что индукция в рабочем зазоре создается не постоянным магнитом, а неподвижной катушкой на сердечнике, т.е. электромагнитным способом. От электромагнитного реле электродинамическое реле отличается тем, что тяговое усилие воздействует не на стальной якорь, а на подвижную катушку.

Устройство электродинамического реле показано на рисунке 1.29 на магнитопровод 3 надета неподвижная катушка 2, обтекаемая током I₂. между полюсными наконечниками магнитопровода находится цилиндрический стальной сердечник 4. В кольцевом зазоре между полюсными наконечниками и сердечником создается равномерное радиальное направленное магнитное поле. В зазоре размещена легкая алюминиевая рамка 1 с обмоткой из тонкого провода, к которой подводится ток I₁ по спиральным пружинам, создающим противодействующий момент, стремящийся установить плоскость рамки 1 вдоль оси полюсных наконечников.

При подаче управляющего тока I₁ в обмотку рамки 1 она будет поворачиваться в зазоре между полюсными наконечниками и сердечником. Жестко закрепленный на рамке подвижный контакт 5 замыкается с одним из неподвижных контактов 6 и 7.

Сила, действующая на проводники рамки электродинамического реле, определяется законом Ампера. Следовательно, будут справедливы уравнения (16.1) и (16.2) . однако входящая в эти уравнения индукция. В не постоянна, а определяется намагничивающей силой, создаваемой катушкой 2 с током I₂:

Рисунок 1.29 – Электродинамическое реле

В = I₂w₂/(R_мs_δ), (16.4)

где R_м – магнитное сопротивление на пути магнитного потока возбуждения; s_δ – площадь поперечного сечения рабочего воздушного зазора.

Подставляя (16.4) в (16.2) и выразив через постоянный коэффициент К сочетание всех неизменных конструктивных и обмоточных данных реле, получим уравнение для вращающего момента электродинамического реле:

M_вр = K I₁I₂. (16.5)

Из (16.5) видно, что направление поворота рамки зависит от направления токов в обеих обмотках реле, т.е. оно будет положительным при одинаковых направлениях токов и отрицательным при разных направлениях.

При работе реле на постоянном токе и питании его неизменным по значению и направлению током возбуждения I₂ электродинамическое реле (как и магнитоэлектрическое) является поляризованным и трехпозиционным. В зависимости от направления управляющего тока I₁ замыкается пара контактов 6 – 7 или 6 – 8, а при отсутствии тока I₁ контакт 6 находится в среднем, незамкнутом, положении.

Однако в отличии от магнитоэлектрического реле электродинамическое может работать при питании переменном током. В этом случае на рамку воздействует переменный магнитный поток, а направление поворота определяется средним за период значением вращающего момента

M_{вр. ср.} = K I₁ I₂ cosφ, (16.6)

где I₁ и I₂ – действующие значения токов в обмотках; φ – угол сдвига фаз между токами.

Из (16.6) следует, что электродинамическое реле реагирует на фазу входного сигнала, т.е. его можно использовать как реле сдвига фаз, срабатывающее при определенном значении φ. Это же реле может реагировать и на мощность переменного или постоянного тока. В этом случае на одну из обмоток подается ток, а на другую – напряжение цепи.

При последовательном соединении обмоток I₁ =I₂ = I вращающий момент

M_вр. = K I²,(16.7)

Т.е. зависимость тягового усилия от тока будет аналогична электромагнитному нейтральному реле.

К недостаткам электродинамических реле следует отнести их большие габариты и вес.

Индукционные реле. Принцип действия индукционных реле основан на взаимодействии переменных магнитных потоков с токами, индуцированными этими потоками.

Рисунок 1.30 – Индукционное реле скорости

Рассмотрим принцип действия индукционного реле скорости. Реле скорости (РКС) механически соединяется с валом электродвигателя механизма скорость, которого требуется контролировать. РКС работает аналогично асинхронному двигателю и устроено следующим образом. Ротор реле, рисунок 1.30 представляет собой постоянный магнит 1, соединенный с помощью валика с валом двигателя. Постоянный магнит помещен внутри алюминиевого цилиндра 2, имеющего обмотку в виде беличьей клетки. Цилиндр может поворачиваться вокруг оси валика 0 на небольшой угол, и переключать при этом с помощью упора 6 контакты 5 и 7. При неподвижном двигателе упор занимает среднее положение, и контакты реле находятся в «нормальном» положении. При вращении двигателя и тем самым магнита 1 уже при небольших скоростях на цилиндр 2 начинает действовать вращающий момент, под действием, которого он поворачивается и обеспечивает с помощью упора 6 воздействует на контакты 5 или 7, вызывая их замыкание с контактами 4 или 8. При скорости двигателя, близкой к нулю, цилиндр возвращается в среднее положение и контакты 5 или 7 переходят в свое «нормальное» состояние. Величина скорости, при которой переключаются контакты реле, определяется положением настроечных винтов 9, т.е. регулированием натяжения пружины.