Электромагнитные реле постоянного тока

Электромагнитные реле являются наиболее распространенными из группы электромеханических реле и получили широкое применение в системах автоматического управления. Реле подразделяются на нейтральные и поляризованные. Нейтральное реле одинаково реагирует на постоянный ток обоих направлений, протекающий по его обмотке, т.е. положение якоря не зависит от направления тока в обмотке реле. Поляризованные реле реагируют на полярность сигнала.

Электромагнитные реле, рисунок 1.2 по конструкции подвижной части подразделяются на реле с поворотным якорем и реле с втягивающимся якорем.

Рисунок 1.2 Конструкции электромагнитных реле

Реле с поворотным якорем, рисунок 1.2, а представляет собой электромагнитный механизм и ряд контактных групп, закрепленных на общем основании 1. Магнитопровод электромагнитного механизма состоит из ярма 11, сердечника 8 и поворотного якоря 6. На сердечнике находится каркас 9 с одной или несколькими обмотками 10. При протекании через обмотки тока якорь притягивается к сердечнику, который, поворачиваясь, через штифт 3 из токонепроводящего материала замыкает контакты 4 и 5. Контакты закрепляются на контактных плоских пружинах 2. Чтобы исключить залипание якоря при обесточивании обмоток из-за наличия остаточного намагничивания, на якоре имеется пластинка 7 из немагнитного материала, обеспечивающая при срабатывании реле зазор σ₀ = 0,1 мм между сердечником и якорем. Поворот якоря в исходное положение при обесточивании обмоток происходит в некоторых реле под действием несбалансированной массы якоря, в других реле – под действием контактных пружин или под действием специально предусмотренных для целей возвратных пружин (на рисунке 1.3 не показаны).

В реле с втягивающимся якорем, рисунок 1.2, б магнитопровод состоит из ярма 11, неподвижного сердечника 8 и якоря 6. внутри ярма расположен каркас 9 с обмотками 10. В исходном положении якорь удерживается пружиной 12. При срабатывании реле якорь 6 втягивается внутрь каркаса до соприкосновения с сердечником 8; при этом замыкаются контакты 5 и 4, 5 и 13. Пластина 7 из немагнитного материала, как и у реле с поворотным якорем, служит для исключения залипания якоря за счет остаточного намагничивания.

Рассмотрим особенности работы реле по этапам, рисунок 1.3 на примере реле с поворотным якорем. За счет индуктивности катушки реле ток в ней нарастает (убывает) не мгновенно, а постепенно. При детальном рассмотрении работы реле в процессе срабатывания и отпускания можно определить четыре этапа.

Рисунок 1.3 Временнáя диаграмма работы реле

Этап I – срабатывание реле. Длительность этого этапа – время полного срабатывания t_ср, т.е. промежуток времени от момента подачи напряжения на катушку реле до момента надежного замыкания контактов (точка А); I_тр – ток трогания, при котором начинается движение якоря; t_тр – время, за которое ток достигает значения I_тр, (точка а), т.е. промежуток, соответствующий началу движения якоря; I_ср – ток, при котором срабатывает реле; t_дв – время движения якоря при срабатывании. Таким образом, время полного срабатывания, отвечающее окончанию движения якоря, t_ср = t_тр + t_дв.

Этап II – срабатывание реле (t_раб – время работы реле). После того как реле сработает, ток в обмотке продолжает увеличиваться (участок АВ), пока не достигнет установившегося значения. Участок АВ необходим для того, чтобы обеспечить надежное притяжение якоря к сердечнику, исключающее вибрацию якоря при сотрясениях реле. Впоследствии ток в обмотке реле остается неизменным. Отношение установившегося тока I_уст к току срабатывания I_ср называется коэффициентом запаса реле по срабатыванию K_зап, т.е. K_зап показывает надежность работы реле: K_зап = I_уст/I_ср = 1,5…2. Величина I_уст не должна превышать значения, допустимого для обмотки реле по условиям его нагрева.

Этап III – отпускание реле. Этот период начинается от момента прекращения подачи сигнала (точка С) и продолжается до момента, когда ток в обмотке реле уменьшится до значения I_от (точка D – прекращение воздействия реле на управляемую цепь). При этом различают время трогания при отпускании t_тр и время движения t_дв.

Время отпускания t_от = t_тр + t_дв, где t_тр – время до начала движения якоря при отпускании; t_дв – продолжительность перемещения якоря. Отношение тока отпускания к току срабатывания называется коэффициентом возврата: К_в = I_от/I_ср < 1; обычно К_в = 0,4…0,8.

Этап IV – покой реле – отрезок времени от момента размыкания контактов реле (точка D) до момента поступления нового сигнала на обмотку. При быстром следовании управляющих сигналов друг за другом работа реле характеризуется максимальной частотой срабатывания (числом срабатываний реле в единицу времени).