Понятие релейного элемента. Виды Реле

Содержание

1. Понятие релейного элемента. Виды Реле………………………........3
2. Электромагнитные реле постоянного и переменного тока. Их характеристики……………………………………………………........5
3. Магнитно управляемые контакты…………………………………....11
4. Путевые переключающие устройства……………………………......13
5. Реле времени……………………………………………………….…..14
6. Электромагнитные контакторы и магнитные

     пускатели…………………………………………………………….....15

7. Типовые релейные схемы………………………………………….….28

      Список литературы…………………………………………………....31

 

1.Понятие релейного элемента. Виды Реле

 

Энциклопедии и технические  словари определяют реле (англ. Relay - смена, эстафета, дорожная станция где заменяли лошадей; франц. relais, от relayer – сменять, заменять) как устройство для автоматической коммутации электрических цепей по сигналу извне. Любое релейное устройство, как и реле  для коммутации электрических цепей, состоит из релейного элемента (с двумя состояниями устойчивого равновесия) и группы электрических контактов, которые замыкаются (или размыкаются) при изменении состояния релейного элемента.

      Реле широко  применяются в устройствах автоматического  управления, контроля, сигнализации, защиты, коммутации и т.д. Наиболее  распространены коммутационные  реле, реле давления, перемещения,  расхода, реле времени, защитные  реле.

      Таким образом,  реле как любой элемент технического  устройства может быть представлен  в виде конструктивного элемента  по преобразованию энергии Х,  поступившей на вход, в энергию  Y на выходе элемента. Задача, решаемая  таким элементом, определяется  характером функциональной зависимости  между выходной и входной величинами:  Y = f (X). В этой связи элементы могут подразделяться на датчики, усилители, стабилизаторы, двигатели, реле и др.

       Релейный  элемент – простейшее переключательное  устройство с двумя (или больше) состояниями устойчивого равновесия, каждое из которых может скачком  сменяться другим под влиянием  внешнего воздействия (например, изменения температуры, давления, электрического напряжения, освещенности, силы звука).

        Уровень  воздействия, при котором изменяется  состояние релейного элемента, называется  порогом срабатывания. Физическое  явление, используемое в релейном  элементе, определяет его принцип  действия, конструкцию и основные  характеристики.

         В зависимости от физической  природы воздействия различают  электрические, механические, тепловые, оптические, магнитные и акустические  релейные элементы; наиболее распространены  электрические релейные элементы. Часто для восприятия воздействия  неэлектрических  величин релейные  элементы дополняются измерительными  преобразователями соответствующих  величин. В конструкции релейного  элемента можно выделить воспринимающий  орган, который реагирует на  внешнее воздействие, исполнительный  орган – для передачи воздействий  от релейного элемента вовне  и промежуточный – перерабатывающий  и передающий воздействия от  воспринимающих органов к исполнительным.

      В общем  виде релейный элемент представляет  собой техническое устройство, в  котором при определенном значении (даже плавно измененяемой) входной  величины энергии сигнала выходная  величина энергии (даже может  быть и другого вида) принимает  скачкообразно фиксированное число значений. Здесь имеется ввиду скачкообразное изменение Y не во времени, а в зависимости от величины Х. Такая зависимость Y = f (X) имеет форму петли (кусочно-линейная функция) и называется релейной характеристикой.

       Реле  времени – устройство, контакты  которого замыкаются (или размыкаются)  с некоторой временной задержкой  после получения управляющего  сигнала. Задержку можно регулировать  произвольно, влияя на скорость  изменения физической величины, воздействующей на релейных элемент  реле времени от момента поступления  сигнала до достижения порога  срабатывания. В электрических реле  времени используются различные  схемы задержки, основанные на  замедлении нарастания или убывания  силы тока (напряжения) в электрических  цепях, содержащих конденсаторы, индуктивные катушки и резисторы;  применяются также реле времени,  основанные на счетчиках импульсов.  В термических реле времени  используются тепловые процессы  в телах, нагреваемых электрическим  током (например, деформация биметаллических  пластин). В пневматических реле  времени задержка создается изменением  скорости истечения газа (воздуха)  из резервуара. Время срабатывания  реле времени от нескольких  миллисекунд до нескольких часов.

       В общем  случае срабатывание любого реле  происходит с некоторой временной  задержкой после получения управляющего  сигнала. Однако существует специальный  класс релейных устройств –  реле времени, у которых задержку  срабатывания (от нескольких миллисекунд  до нескольких часов) можно  регулировать.

      В зависимости  от выполняемой задачи на выходе  релейного элемента он может  быть коммутационным и не коммутационным (шаговый электродвигатель, электрозвонок и т.д.).

      Реле, как  коммутационное устройство (КУ), относится  к группе автоматических коммутационных  устройств (АКУ), управляемых дистанционно.

      Непосредственно  человеком управляются неавтоматические  КУ: электрические кнопки, тумблеры, клавиатуры; водяные или воздушные  клапаны и т. д.

 

2. Электромагнитные реле постоянного и переменного тока. Их характеристики

 

Устройство и принцип  действия электромагнитных реле. Принцип действия электромагнитных реле основан на притяжении стальной подвижной системы к электромагниту при прохождении тока по его обмотке [15,22].

На рис.2.2 представлены три  основные разновидности конструкций  электромагнитных реле, содержащих: электромагнит 1, состоящий из стального магнитопровода и обмотки; стальную подвижную систему (якоря) 2, несущую подвижный контакт 3; неподвижные контакты 4; противодействующую пружину 5.

 
Проходящий по обмотке электромагнита ток Iр создает магнитодвижущую силу (МДС)w_PI_P, под действием которой возникает магнитный поток Ф¹, замыкающийся через магнитопровод электромагнита 1, воздушный зазор δ и подвижную систему 2. Якорь намагничивается, появляется электромагнитная сила F_Э, притягивающая якорь к полюсу электромагнита. Если сила F_Э преодолевает сопротивление пружины, то якорь приходит в движение и своим подвижным контактом 3 замыкает неподвижные контакты реле 4. При прекращении или уменьшении тока Iр до значения, при котором сила F_Э становится меньше силы F_П сопротивления пружины 5, якорь возвращается в начальное положение, размыкая контакты 4.

Начальное и конечное положения  якоря ограничиваются упорами 6.

Силы и момент, действующие  на подвижную систему реле. Как известно [10], электромагнитная сила F_Э, притягивающая стальной якорь к электромагниту и вызывающая движение якоря, пропорциональна квадрату магнитного потока Ф в воздушном зазоре:

                                                                                                              (2.1)

Магнитный поток Ф и создающий его ток I_P связаны соотношением

                                                                                                     (2.2)

где R_M – магнитное сопротивление пути¹, по которому замыкается магнитный потокФ; w_P – количество витков обмотки реле.

Магнитное сопротивление  магнитопровода электромагнита R_M состоит из сопротивления его стальной части R_C и воздушного зазора δ R_В.З:

,

Подставив (2.2) в (2.1), получим

                                                                                                        (2.3)

У реле с поворотным якорем и с поперечным движением якоря (рис.2.2, б, в) электромагнитная сила F_Э образует вращающий момент

                                                                          (2.4)

где d - плечо силы F_Э.

Из (2.3) и (2.4) следует, что сила притяжения F_Э и ее момент Мэ пропорциональны квадрату тока I²_Р в обмотке реле и имеют, следовательно, постоянное направление, не зависящее от направления (знака) этого тока. Поэтому электромагнитный принцип пригоден для выполнения реле как постоянного, так и переменного тока и широко используется для изготовления измерительных реле тока, напряжения и вспомогательных реле логической части: промежуточных, сигнальных и реле времени.

При перемещении якоря  электромагнитного реле в сторону  срабатывания уменьшаются воздушный  зазор δ (рис.2.2) и соответственно R_M. При постоянстве тока в реле уменьшение R_M вызывает увеличение магнитного потока Ф (2.3), что обусловливает возрастание Fэ и Мэ (2.4).

У реле с поперечным движением  якоря и с втягивающимся якорем поле в воздушном зазоре нельзя считать  однородным. Для этих конструкций  зависимости R_M = ¦(δ), Fэ = ¦(δ)и Мэ = = ¦ (α) имеют сложный характер (рис.2.2, а, б). Силу Fэ и момент Мэ можно выразить через производную магнитной проводимости воздушного зазора [10] уравнением

                                                                                     (2.5)

где G_B.З  - магнитная проводимость воздушного зазора, равная 1/R_В.З.

Сила (момент), противодействующая движению подвижной системы реле, создается пружиной (Fп и Мп), трением и тяжестью подвижной системы (F_T и М_Т). При движении якоря на замыкание контактов Fп и Мп увеличиваются с уменьшением δ по линейному закону: Мп = ka. (рис.2.3, а); сила трения F_T остается неизменной.

Токи срабатывания и возврата реле, коэффициент возврата. Ток срабатывания. Реле начинает действовать, когда

или

Мэ = Мэ.с.р = Мп + Мт.                                                                                         (2.6)

Наименьший ток, при котором  реле срабатывает, называется током  срабатывания Iср.

 
В реле, выполняющих функции ИО, предусматривается возможность регулирования Iсризменением числа витков обмотки реле (ступенями) и момента, противодействующей пружины М_П (плавно). 

Ток возврата. Возврат притянутого якоря в исходное положение происходит при уменьшении тока в обмотке реле под действием пружины 5 (см. рис.2.2), когда момент М_Ппреодолевает электромагнитный момент М_Э.ВОЗ и момент трения М_Т. Как следует из рис.2.4, это произойдет при соблюдении условия

                                                                                                  (2.7)

где М_Э^'₂ - момент, при котором начинается возврат реле.

Током возврата реле I_ВОЗ называется наибольшее значение тока в реле, при котором якорь реле возвращается в исходное положение.

Коэффициент возврата. Отношение токов I_ВОЗ /Iср называется коэффициентом возврата к_B:

                                                                                                          (2.8)

У реле, реагирующих на возрастание  тока, Iс.р > I_ВОЗ и k_B < 1.

Из диаграммы (рис.2.4) следует, что чем больше избыточный момент ΔM и момент трения М_T, тем больше разница между I_ВОЗ и Iс.р и тем меньше k_B.

Особенности работы реле на переменном токе. При протекании по обмотке реле переменного тока  согласно (2.3) мгновенное значение  . Учитывая, что

, получаем

                                                                                         (2.9)

где k = 1/2k’.

Это выражение показывает, что электромагнитная сила (а следовательно, и М_Эt) электромагнитного реле переменного тока содержит две составляющие: постоянную kI²_mи переменную kI²_mcos2wt, изменяющуюся с двойной частотой (¦ = 100 Гц) тока (рис.2.5). Электромагнитная сила F_Эt(M_Эt) имеет пульсирующий характер. В то же время противодействующая сила пружины F_П имеет неизменное значение. В результате этого, при сработанном состоянии реле, якорь реле будет находиться под действием разности двух сил F_Эt – F_П, меняющей свой знак.