Типовые элементы и устройства систем автоматическогоуправления (стр. 7 )

Рисунок 1.25 – Схема устройства электронного реле времени

Команда на начало отсчета времени подается при размыкании внешнего управляющего контакта К. после этого начинается разряд конденсатора С через резистор R2 и переход эмиттер – база транзистора VT1. В конце разряда транзистор VT1 закроется, что приведет к появлению на базе транзистора VT2 отрицательного потенциала. Оно откроется, по обмотке реле KV начнет протекать ток, оно сработает и переключит свои контакты. Отсчет времени закончится.

Выдержка времени такого реле определяется временем разряда конденсатора С, которое зависит от величины его емкости и сопротивления резистора R2. Регулируя эти величины, можно устанавливать требуемые выдержки времени реле. Выпускаемые электронные реле времени обеспечивают выдержку времени от 0,1 с до 10 мин.

Маятниковое механическое реле времени рисунок 1.26 состоит из электромагнита с втяжным якорем 1, который при подаче входного сигнала перемещает тягу 2 и, сжимая пружину 3, стремится переместить рычаг с зубчатым сектором 4 справа налево. Но спусковое зубчатое колесо 5 со скобой 6 может поворачиваться за каждое качение маятника 7 только на один зуб, благодаря чему скорость перемещения зубчатого сектора ограничивается. После этого как все зубцы сектора 4 выйдут из зацепления с храповым колесом 8, сработает микропереключатель 9.

При снятии выходного сигнала с электромагнита 1 сектор 4 быстро возвращается в исходное положение под действием веса якоря электромагнита 1 сектор 4 быстро возвращается в исходное положение под действием веса якоря электромагнита 1 и усилия пружины 3. Микропереключатель выключается без задержки времени. Таким образом, обеспечивается задержка времени только при срабатывании реле, но не при отпускании.

Грубая настройка времени срабатывания регулируется винтом 10, ограничивающим длину зацепления сектора 4 с храповым колесом 8. Точная настройка времени регулируется перемещением груза маятника 7. Маятниковое реле обеспечивает выдержку времени до десятков секунд.

Рисунок 1.26 – Маятниковое реле времени с электромагнитом

1.6Специальные виды реле

Наряду с наиболее распространенными реле электромагнитного типа в системах автоматики находят применение и реле других типов, в которых тяговое усилие, необходимое для переключения контактов, создается не с помощью электромагнита. К такой группе реле относятся реле с магнитоуправляемыми контактами, магнитоэлектрические, электродинамические и индукционные реле.

Реле с магнитоуправляемыми контактами, называемые герконами (герметизированные контакты), рисунок 1.27 представляют собой стеклянную ампулу, заполненную инертным газом, а также азотом и водородом или из которой выкачан воздух (вакуумный геркон), в которую впаяны тонкие упругие ферромагнитные пластинки, выполняющие одновременно роль контактов, упругих элементов и части магнитопровода.

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 tср = 0,5 ч 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 щ действует вращающий момент

.  (16.2)

Рисунок 1.28 – Магнитоэлектрическое реле

Для конкретного реле Blaw = K = const, следовательно,

Mир = 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 = I2 w2 /(Rм sд), (16.4)

где Rм – магнитное сопротивление на пути магнитного потока возбуждения; sд – 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:

Mвр = K I1 I2. (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.