Автоматизация технологических процессов в производстве (стр. 10 из 32)

Катушка реле имеет активное сопротивление R и индуктивность L. Если подключить реле к источнику напряжения, то в обмотке реле возникнет переходный процесс, который может быть описан дифференциальным уравнением

di

U=Ri+L

dt

где i — ток в обмотке реле; L — индуктивность обмотки при отпущенном якоре.

Результат решения уравнения дает закон нарастания тока при включении напряжения на обмотку реле:

i=I/(1-е^-t/Т),

где I=U/R — установившееся значение тока; T=L/R — постоянная времени цепи. При отключении напряжения ток в обмотке реле убывает по закону i=Iе^-t/Т и затем становится равным нулю.

График нарастания тока при включении реле и спада при отключении представлен на рис. 3-2, б.

Приведенные формулы дают приближенную картину нарастания и спада тока в катушке, так как они не учитывают изменения индуктивности L при изменении воздушного зазора 8

Время срабатывания t_ср и отпускания t_oтп реле определяют быстродействие реле. Приближенно они вычисляются по формулам

I

t_ср=Tln

;

I -I_cp

I

t_отп=T’ln

;

^Iотп

Здесь t_ср — ток срабатывания реле, при котором якорь реле начинает перемещаться, I_oтп — ток, при котором якорь реле отходит от сердечника, T'=L'/R, где L'—индуктивность входной цепи при притянутом якоре.

Время срабатывания t_cp и отпускания t_отп реле можно регулировать в некоторых пределах, изменяя установившийся ток l и постоянную времени Т.

Для телефонных и кодовых реле время срабатывания составляет от 5 до 50 мс.

Время срабатывания реле можно увеличить механическим или электрическим способом.

При механическом способе замедление движения якоря можно получить за счет введения в конструкцию пружины, пневматического, гидравлического или магнитного демпфера. Эти способы позволяют получить время срабатывания реле от десятков секунд и выше.

При электрических способах либо шунтируется сопротивлением или емкостью катушка реле, либо в обмотку реле вводятся дополнительные короткозамкнутые витки.

Чтобы уменьшить искрообразование на контактах, применяются специальные искрогасящие цепочки, состоящие из емкости и сопротивления. Эти цепочки включаются параллельно контактам. При размыкании контактов реле емкость С заряжается или разряжается и, следовательно, напряжение между контактами уменьшается.

Надежность работы электрического реле в основном определяется надежностью работы контактов, коммутирующих электрические цепочки. Контакты должны надежно, без вибрации, замыкать и размыкать электрические цепи определенной мощности без подгорания, обеспечивая тем самым малое переходное сопротивление.

Наиболее тяжелым режимом работы контактов является разрыв цепей постоянного тока (особенно большой мощности), так как при этом на контактах возникает и поддерживается электрическая дуга.

Поляризованное электромагнитное реле (рис.3-3)

Рисунок 3.3

Рис. 3-3

Поляризованные электромагнитные реле отличаются от нейтральных реле способностью реагировать на полярность управляющего сигнала. Магнитная цепь поляризованного реле дифференциального типа (рис. 3-3, а) имеет постоянный магнит 1. Поляризующий магнитный поток Ф₀ проходит по якорю 2, разветвляется на два потока Ф₁ и Ф₂ в воздушных зазорах δ₁ и δ₂ и замыкается по сердечнику 4. Для увеличения быстродействия реле сердечник собран из листовой электротехнической стали. Якорь также собран из двух пластинок электротехнической стали и подвешен на стальной пружинке. Поток управления Ф_у создается двумя намагничивающими обмотками 5, расположенными на сердечнике.

Контактная система 3 реле имеет один переключающий контакт. Положение неподвижных контактов можно регулировать, изменяя настройку реле.

Если в обмотках ток отсутствует, то под действием силы притяжения, созданной потоком Ф₀, якорь может находиться в одном из крайних положений, например в левом, как показано на рис. 3-3, а.

Потоки Ф₁ и Ф₂ обратно пропорциональны величине воздушных зазоров δ₁ и δ₂ между якорем и соответствующим полюсом сердечника. В среднем нейтральном положении потоки Ф₁ и Ф₂ одинаковы, и силы притяжения якоря к обоим полюсам сердечника равны: F₁=F₂. Однако это промежуточное положение сердечника неустойчиво. При смещении якоря влево поток Ф₁ усиливается, а поток Ф₂ ослабевает и происходит соответствующее перераспределение силы притяжения между полюсами: F₁>F₂.

Действие тока управления зависит от его полярности. Для переключения реле необходим ток, который создает в зазоре магнитный поток Ф_у, совпадающий по направлению с потоком Ф₂. Ток обратной полярности усилит поток Ф₁ и приведет только к увеличению контактного нажатия.

Для срабатывания реле поток Ф_у должен превысить максимальное значение потока Ф₁ при минимальном значении зазора δ.

По мере движения якоря вправо зазор δ₁ увеличивается, поток Ф₁ и его противодействующее влияние уменьшаются. В среднем положении наступает динамическое равновесие, после чего возросший поток Ф₂ создает дополнительную силу, ускоряющую якорь.

Намагничивающая сила, которая обеспечивает срабатывание реле, определяется по формуле

Ф⁰ x,

N=Iω_c=

0,4pS

т. е. намагничивающая сила срабатывания пропорциональна потоку постоянного магнита Ф₀ и смещению якоря х, когда он притянут к ярму.

В поляризованном реле положение контактов можно регулировать. Это повышает быстродействие поляризованных реле. Для возврата контактной системы в начальное положение необходимо опять изменить полярность тока в управляющей обмотке. Поляризованное реле, имеющее такую настройку, называется двухпозиционным. Оно переключается под действием разнополярных импульсов, причем после прекращения действия управляющего импульса контактная система реле не возвращается в исходное состояние.

В двухпозиционных поляризованных реле с преобладанием один из неподвижных контактов выдвинут за нейтральную линию (рис. 3-3, б). Такое реле реагирует на управляющие импульсы только определенной полярности и возвращается в исходное положение, когда управляющий импульс снят.

КОММУТАТОРЫ РУЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Коммутационная аппаратура — устройства, предназначенные для включения, отключения и переключения электрических цепей — бывает ручного, дистанционного и автоматического управления. Аппаратура - ручного управления работает от непосредственного воздействия на ее органы управления. Аппаратура дистанционного управления работает воздействием электромагнитных сил на ее приводные элементы. Аппаратуру ручного управления по своему назначению и использованию подразделяют: для коммутации силовых цепей (обмоток электродвигателей, электромагнитов, трансформаторов, нагревателей и т. п. токоприемников) и для коммутации цепей управления (обмоток релейно-контактной аппаратуры, устройств контроля, регулирования и сигнализации). Такое разделение обусловлено различными значениями токов и напряжений в коммутируемых цепях, что, в свою очередь, влияет на конструктивное исполнение и габаритные размеры аппаратов.

Все аппараты ручного управления обязательно имеют следующие узлы: неподвижные контакты, подвижные контакты и орган управления. Кроме этого они могут иметь элементы фиксации, дугогашения, монтажа и т. п.

Поскольку работоспособность любой коммутационной аппаратуры (ручного, дистанционного и автоматического управления) зависит от надежной работы контактов, рассмотрим процессы, протекающие в электрических цепях при их замыкании и размыкании.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ

Электрический контакт—место перехода тока из одной токоведущей детали в другую. Конструктивно коммутирующий контакт выполняют в виде контактного узла, состоящего из нескольких контактов-деталей. Обычно контактный узел имеет подвижный и неподвижный контакты, хотя последний также может иметь некоторое перемещение, связанное с упругими и температурными деформациями элементов коммутирующего аппарата. На рисунке а, показан мостиковый контактный узел, образующий два стыковых электрических контакта. Он состоит из неподвижных контактов 4, подвижного контакта 3, нажимной пружины 2 и штока 1, который перемещается с помощью приводного механизма коммутационного аппарата. Подвижный контакт самоустанавливается относительно неподвижного контакта. То позволяет компенсировать неточности изготовления и износ деталей.

Наименьшее расстояние Х_о между подвижной и неподвижной деталями, образующими контактный узел, называют раствором контактов. При своем движении шток 1 с подвижным контактом 3 перемещается на величину Х_о соприкосновения контактных поверхностей. Сумма раствора Х_о провала Х_n составляет ход контакта, который определяет полное перемещение приводного механизма.

На рисунке б, изображен рычажный контактный узел, состоящий из двух плоских пружин, образующих неподвижный 2 и подвижный 3 контакты. Пружины жестко закреплены в основании из изоляционного материала. Неподвижная контактная пружина под действием жесткой пластины 1 находится в изогнутом состоянии, что обеспечивает начальное контактное нажатие. Перемещение контактов происходит под действием упора 4. После того как подвижный контакт 3 переместится на величину раствора контактов Х_o произойдет касание контактов, обе пружины получат дополнительный прогиб на величину провала контактов Х_n. При этом возникает проскальзывание (притирание) контактов, которое необходимо для удаления пыли и пленки окислов и их поверхности. На этом примере можно убедиться в некоторой условности термина «неподвижный контакт».