Автоматизация технологических процессов в производстве (стр. 11 из 32)

Третий вид контактного узла представляет собой рычажный контакт с шарнирным закреплением (рис. в), состоящий из неподвижного 3 и подвижного 2 контактов. Последний шарнирно установлен на приводном рычаге 1 . Контактное нажатие осуществляется с помощью предварительно сжатой пружины 4. Такая конструкция обеспечивает замыкание контактов с проскальзыванием и перекатыванием.

В начале подвижный контакт перемещается на величину раствора контактов (обычно 8-20 мм) , поворачиваясь вокруг центра о до соприкосновения контактов в точке А. Затем приводной рычаг 1 поворачивается на дополнительный угол, связанный с провалом контактов (2-3 мм) . После этого подвижный контакт вместе с рычагом 1 совершает сложное движение, поворачиваясь одновременно вокруг центров O₁ и О₂. В результате подвижный контакт перекатывается по неподвижному. В замкнутом положении контактирование происходит в точке В. Это способствует разрушению пленки окислов и перемещает электрический контакт по рабочей поверхности в зону точки в , неподвергающуюся электрической эррозии в момент размыкания контакта. Особой разновидностью контактных узлов являются магнитоуправляемые герметизированные контакты (герконы). Простейший геркон (рис.3-4) представляет собой миниатюрную запаянную колбу 1 , в которую впаяны две плоские контактные пружины 2. Пружины выполнены из магнитомягкой стали и служат одновременно магнитопроводом. Если поместить геркон в магнитное поле, созданное обмоткой или постоянным магнитом, пружины намагничиваются и под действием силы электромагнитного притяжения замыкают электрическую цепь. После исчезновения магнитного поля контакты размыкаются за счет упругости пружин.

Рис. 3-4

3.2 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Реле переменного тока состоит из таких же деталей, что и реле постоянного тока. Отличие заключается в том, что сердечник, ярмо и якорь этого реле изготавливаются из листовой электротехнической стали с целью уменьшения потерь на гистерезис и вихревые токи.

Так как активное сопротивление катушки реле значительно меньше индуктивного сопротивления, то активным сопротивлением можно пренебречь. Следовательно, напряжение U, прикладываемое к катушке реле, уравновешивается ЭДС самоиндукции в обмотке:

U=E_L=4,44fωФ*10^-8,

где f — частота переменного тока; Ф — магнитный поток; ω—число витков катушки реле, откуда

U *10^-8

Ф=

.

0,4pS

Из этой формулы видно, что магнитный поток не зависит от магнитного сопротивления воздушного зазора R_з, а следовательно, и от размера воздушного зазора. Поэтому электромеханическая характеристика реле будет иметь вид прямой, параллельной оси абсцисс.

При переменном намагничивающем токе сила притяжения будет меняться по закону

F=F_maxsin²ωt,

где F_mах—амплитуда силы притяжения.

Путем простейших тригонометрических преобразований этой формулы можно показать, что сила притяжения изменяется от нуля до максимума с двойной частотой. Когда сила притяжения равна нулевому значению, пружина стремится оттянуть якорь назад, поэтому происходит вибрация якоря и даже искрение контактов, повторяющееся с частотой изменения силы притяжения F.

Для устранения данного явления реле изготовляются либо с двумя обмотками, либо с дополнительной короткозамкнутой обмоткой.

На практике чаще применяется другая конструкция реле переменного тока. Полюс такого реле раздвоен. На одну из половин насаживается короткозамкнутый медный виток (рис. 3-5, а).

Магнитный поток Ф у конца сердечника разветвляется часть пoтока Ф₂ проходит половину сердечника с короткозамкнутой медной обмоткой, а другая часть потока Ф₁ проходит через свободную половину. Эти потоки сдвинуты по фазе относительно друг друга на определенный угол.

Сдвиг по фазе происходит вследствие того, что поток Ф₂ наводит ЭДС и в медном короткозамкнутом витке. Следовательно, в нем возникает ток, который в свою очередь создает также магнитный поток.

В результате магнитный поток Ф₂ отстает на некоторый угол от потока Ф₁. Поэтому суммарная сила притяжения F, действующая на якорь, никогда не равна нулю при наличии напряжения на катушке в связи с тем, что когда один из потоков проходит через нуль, другой имеет определенное значение, оставляя якорь притянутым (рис. 3-5, б).

Рис. 3-5 - Конструктивная схема реле переменного тока с раздвоенным полюсом (а) и график сил притяжения в магнитопроводах реле (б).

Электромагнитные реле переменного тока получили меньшее распространение, чем реле постоянного тока, из-за присущих им недостатков: вибрации якоря, большой сложности и высокой стоимости при изготовлении, меньшей силы притяжения якоря.

3.3 МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РЕЛЕ

Магнитоэлектрические реле по принципу работы и устройству в основном аналогичны обычным магнитоэлектрическим электроизмерительным приборам, отличие заключается в том, что вместо стрелки имеется рычаг, на котором укреплен подвижной контакт реле.

Схема конструкции реле приведена на рис. 3-6. Рамка 1 при пропускании через нее тока поворачивается в магнитном поле, создаваемом полюсами 2 и 2' постоянного магнита. На рычаге 3, который механически связан с рамкой, имеется контакт 4, который замыкается с одним из неподвижных контактов 5. При изменении полярности тока рамка поворачивается в другую сторону, и замыкается другая пара контактов. Если сигнал снять, то рамка под действием пружины возвращается в исходное положение.

Магнитоэлектрические реле обычно ставятся в цепи с плавно меняющимися сигналами, так как для них недопустима ударная нагрузка контактов. Они являются наиболее чувствительными среди электромеханических реле. Мощность срабатывания реле небольшая и составляет до 10^-10 Вт, поэтому они используются в основном для переключения цепей в высокочувствительных приборах и системах. Если реальные физические процессы управления протекают плавно, то подаваемое на рамку реле напряжение также изменяется плавно. При определенном критическом значении контакты реле плавно замыкаются, а время срабатывания реле близко к нулю, что является весьма ценным качеством магнитоэлектрических реле.

Рис. 3-6 - Конструктивная схема магнитоэлектрического реле.

Если управляющий сигнал изменяется скачкообразно, то время срабатывания реле определяется по формуле

tcp » k ln I , w I -I_cp

где k—коэффициент пропорциональности; ω—число витков реле; I—установившийся ток

в обмотке реле; I_ср — ток срабатывания реле.

3.4 ТЕПЛОВЫЕ РЕЛЕ

Тепловым реле называется устройство, скачкообразно переключающее электрическую цепь при изменении температуры окружающей среды на определенное значение. Основным элементом тепловых реле является двухслойная биметаллическая пластинка: первый слой из инвара, второй — из латуни.

Рис. 3-7 - Схемы конструкции теплового реле.

При увеличении температуры латунный слой 1 расширяется и пластина 2 изгибается в сторону инвара. При этом контакты реле замыкаются (рис. 3-7, а).

Биметаллическая пластина нагревается также проходящим через нее электрическим током (рис. 3-7, б). При коротком замыкании нагрузки происходит возрастание тока, пластина нагревается и размыкает контакты. В этом случае тепловое реле работает как реле максимальной защиты, срабатывающее при увеличении тока в цепи.

Время срабатывания тепловых реле от 1с до нескольких минут. Это объясняется большой тепловой инерцией реле.

Тепловые реле используются как реле времени, температуры и максимальной защиты.

3.5 ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕЛЕ

Электромагнитное реле постоянного тока, имеющее дополнительно в своем составе усилитель для усиления входного сигнала управления, называется электронным реле.

Рис. 3-8 - Принципиальная схема электронного реле.

К достоинствам такого реле относится высокая чувствительность, которая обусловливается наличием в схеме усилителя. Реле реагирует на малые входные напряжения и токи.

Принципиальная схема электронного реле изображена на рис. 3-8.

Реле Р₁ выключено, если нет сигнала на входе, т.е. транзистор T₁ закрыт и в коллекторной цепи нет тока.

При подаче напряжения U_вх отрицательной полярности возникает ток в цепи: +E_к, эмиттер-коллектор транзистора T₁, обмотка реле P₁, -Е_к. Соответственно срабатывает реле Р₁, контакты 1—2 замыкаются. После снятия входного напряжения транзистор закрывается и реле P₁ выключается. Чтобы не было пробоя транзистора, параллельно обмотке реле ставится диод Д₁. Диод открывается под действием ЭДС самоиндукции, возникающей в обмотке реле Р₁ при закрытии транзистора, и шунтирует обмотку реле.