Файл: Кукушкин В.К. Электромагнитные реле постоянного тока учебное пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.04.2024
Просмотров: 77
Скачиваний: 1
КАЗАНСКОЕ ВЫСШЕЕ КОМАНДНО-ИНЖЕНЕРНОЕ УЧИЛИЩЕ
В. К. КУКУШКИН
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
Учебное пособие
Пособие составлено в соответствии с учеб ными программами электротехнических вузов.
В пособии рассматриваются вопросы, относя щиеся к устройству, работе и анализу характе ристик электромагнитных реле постоянного тока. Дается вывод общего выражения электромаг нитной силы, из которого получены рабочие формулы на основании частных посылок, обуслов ленных типом электромагнитного реле.
Ответственный редактор Ф. И. Мишнев
ВВЕДЕНИЕ
0. 1. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ
Элементы в сложных автоматических устройствах мо гут быть разбиты на три группы:
1. Приемные элементы (их иногда называют первичны ми). Эти элементы воспринимают сигнал управляющего параметра и, в свою очередь, управляют промежуточными устройствами системы автоматики.
2. Промежуточные элементы. С помощью этих элемен тов производится усиление, преобразование, распределение и передача воздействия на расстояние. Кроме того, про межуточные элементы могут поддерживать постоянство отдельных параметров.
3. Исполнительные (конечные) элементы. Эти элементы
воспринимают усиленное, преобразованное и |
переданное |
в нужном направлении на заданное расстояние |
воздействие |
и производят необходимое изменение выходного пара метра.
Простейшими и основными элементами систем автома тики являются элементы, которые устанавливают простую
функциональную связь |
между |
выходным |
( х вых) и вход |
|||
ным (хвх ) параметрами. |
|
|
|
|||
При изменении |
параметра |
|
|
|||
хвх параметр хВЬ1Хможет изме |
|
|
||||
няться |
скачкообразно |
или |
|
|
||
непрерывно. В первом слу |
|
|
||||
чае (рис. 0.1) при непрерыв |
|
|
||||
ном возрастании |
параметра |
х6ь. |
|
|||
jcbx до |
некоторого |
значения |
О X с т п |
ОСср Х р а а |
||
хср параметр хвых |
не |
изме |
Рис. 0.1. |
|||
няется. |
При достижении х вх |
|||||
|
|
значения лгср происходит скачкообразное изменение пара метра л;вых от минимального значения JcBbIXi до макси
мального значения х:вых„ , которое при дальнейшем уве-
3
личении х вх остается неизменным. В случае уменьшения х вх от своего максимального значения при х вх = х отп происхо
дит обратное скачкообразное |
изменение выходного пара |
|||
метра х вых от л;ВЬ1Хо |
до xBbIXi |
• |
Дальнейшее |
уменьшение |
д:вх не приводит к изменению |
выходного параметра, вели |
|||
чина которого остается неизменной и равной |
своему зна |
|||
чению -кВЫХ1 (в том числе нулевому). |
|
|||
Такой процесс прерывистой функциональной связи между |
||||
входной и выходной |
величинами |
называют |
релейным, а |
элементы, осуществляющие автоматическое скачкообраз ное управление, называют реле.
В общем случае реле имеют три основных органа (рис. 0.2). Воспринимающий (чувствительный, приемный) орган В воспринимает воздействие входного сигнала х вх и передает
Вп
Рис. 0.2.
это воздействие в гой или иной форме промежуточному органу П. Последний сравнивает воспринятую величину воздействия с заданными значениями параметров х вх; =
= хср ; хВХо = хотп (см. рис. 0.1) и передает его исполни
тельному органу И. |
Исполнительный |
орган, |
воспринимая |
переданное ему от |
промежуточного |
органа |
воздействие, |
производит резкое |
изменение параметра х вых от мини |
мального до максимального значения или, наоборот, от максимального до минимального.
В случае непрерывной зависимости между входным и выходным параметрами осуществляется непрерывная функ циональная связь х вых(хвх ) и каждому значению х вх соот
ветствует свое значение выходного параметра х вых. Зави симость между величинами хных и х вх либо однозначная
(рис. 0.3., кривая /), либо различная при возрастании и убывании А'вх . В этом случае имеет место гистерезис
в характеристике управления.
Элементы, осуществляющие непрерывное управление заданным параметром хвых в функции от параметра x BX t
называются датчиками.
Датчики являются приемными элементами систем авто матики и телемеханики и служат для преобразования управляющей физической величины, подаваемой на вход системы, в другую физическую величину иного или того
4
же вида энергии, удобную |
для воздействия на последу |
||||||
ющие элементы системы. |
|
|
|||||
Как и |
реле, |
датчики |
также |
||||
обычно обладают |
тремя |
основ |
|||||
ными частями или органами: |
|||||||
воспринимающим, |
промежуточ |
||||||
ным и |
исполнительным |
(см. |
|||||
рис. 0.2). Отличие состоит |
в |
||||||
устройстве |
промежуточных |
и |
|||||
исполнительных |
органов. |
у |
Вос |
||||
принимающие |
органы |
них, |
|||||
как правило, |
одинаковы. |
|
|
|
Обычно процессы, на кото рые воздействует выходной па
раметр гсвых, бывают механическими (включая сюда гид
равлические и газовые процессы) или электрическими. Поэтому выходной параметр хВЬ1Х является либо механи
ческим параметром (силой, скоростью, перемещением), либо электрическим (напряжением, током, частотою, мощ ностью или фазой). Исполнительные органы произ'водят тем или иным путем их изменения.
Воспринимающие органы под воздействием парамет ра гсвх изменяют свои электрические, тепловые, оптические,
механические и т. п. параметры. Это изменение является мерой воздействия хвх . Оно сравнивается в промежуточ
ном органе реле или датчика с аналогичным по роду фи зическим параметром, значение которого является этало ном для величины воздействия на исполнительный орган. Чаще всего используется изменение механических харак теристик воспринимающих органов под воздействием л:вх
Вместе с тем используется изменение и других характе ристик, например электрических. Однако целесообразно использовать в воспринимающем органе изменение именно тех физических характеристик, которые соответствуют управляющему физическому процессу. Это позволяет соз давать реле и датчики без промежуточных преобразований воздействий внутри них. Кроме того, упрощается конст рукция реле и датчиков, так как воспринимающий и испол нительный органы в такой конструкции сливаются, а про межуточный орган устраняется.
Сравнение воспринимаемого значения х вх с заданным
осуществляется воспринимающим органом. С этой целью в последний вводятся дополнительные приспособления и используются какие-либо особенности характеристики воспринимающих органов (например, нелинейность харак теристик).
5
Вследствие того, что параметры х як и л;вых могут быть
представлены в виде любых физических величин, то в общем случае возможны любые преобразования внутри реле и датчиков одного рода воздействия в тругой. При этом преобразуется одна физическая форма энергии в другую (механическая в электрическую, тепловая в элек трическую и т. д.). Не исключено, что в случае совпаде ния физических форм энергии на входе и выходе элемента внутри него энергия принимает другие промежуточные формы.
Промежуточные элементы систем автоматики имеют воспринимающие и исполнительные органы, аналогичные таковым у реле и датчиков. Однако они имеют в общем случае весьма развитые промежуточные органы, в которых и происходит необходимое преобразование.
Исполнительные элементы являются теми же, но более мощными реле и датчиками, способными управлять боль шими мощностями.
Реле и датчики можно классифицировать по роду вос принимаемых физических явлений, по параметрам, воспри нимаемым чувствительным элементом, по принципу дей ствия воспринимающих, промежуточных и исполнительных органов.
По виду энергии (по роду воспринимаемых физических явлений), на которую реагирует воспринимающий орган, реле и датчики делятся на электрические, тепловые, опти ческие, акустические, механические, пневматические и гидравлические.
Развернутая классификация всех видов автоматической и телемеханической аппаратуры дана в [1|.
Ниже приводится классификация электрических реле и датчиков по двум основным признакам.
По принципу устройства воспринимающих органов электрические реле и датчики делятся на:
— электромагнитные; магнитоэлектрические;
- электродинамические;
—индукционные; электронные и ионные; магнитострикционные;
—электрострикционные;
—электротермические;
—электрохимические.
Взависимости от рода управляющего тока реле и дат чики делятся на реле и датчики постоянного и перемен ного тока.
С
Помимо общих классификаций, реле и датчики класси фицируются также по целому ряду признаков и особен ностей применения и работы.
0.2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РЕЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Электромагнитным реле называется такое реле, в кото ром под действием магнитного поля катушки с током пе ремещается якорь, замыкающий или размыкающий кон такты. В специальных электромагнитных реле якорь воз действует на гидравлические или пневматические цепи.
Электромагнитные реле являются одним из важнейших элементов автомики. Они широко применяются во многих системах автоматики и телемеханики.
Принцип действия электромагнитных реле постоянного тока, как и всех других электромагнитных механизмов, основан на использовании взаимодействия ферромагнитно го тела с внешним магнитным полем.
Все электромагнитные реле в зависимости от способа создания магнитного потока и характера намагничивающей силы подразделяются на две большие группы.
К первой группе относятся так называемые нейтраль ные электромагнитные реле (рис. 0.4). Рабочий поток в этих реле создается с помощью обмотки. Электромагнит ная сила, действующая на якорь, зависит от величины этого потока и не зависит от его направления, а, следо
вательно, и от направле ния тока в обмотке. При отсутствии тока магнит ный поток практически равен нулю и на якорь не действует сила при
тяжения.
Ко второй группе относятся поляризован ные электромагнитные
реле (рис. 0.5). Они ха рактеризуются наличием двух независимых потоков: по
ляризующего (Фп ) и управляющего (Фу ).
Поляризующий магнитный поток в большинстве слу чаев создается с помощью постоянных магнитов. Иногда для этой цели используют специальные обмотки, по кото рым протекает постоянный во времени ток.
Поток управления создается намагничивающей силой тока управления, протекающего по рабочей (управляющей) обмотке. При отсутствии тока в рабочей обмотке в маг
7
нитной цепи сохраняется поляризующий магнитный поток. Направление движения якоря поляризованного реле зависит от направления управляющего потока относительно поляризующего, т. е. направления тока в обмотке управ
ления.
Действие реле в момент, когда происходит изменение выходного параметра д:ВЬ1Х от своего минимального зна
чения до максимального (см. рис. 0.1), называется сраба тыванием реле. Обратное действие реле при изменении выходного параметра от максимального значения до ми нимального называется отпусканием (^возвратом) реле. Соответственно этому параметры двх ~ хср и л'вх = лотп
называются параметрами срабатывания и отпускания. Отношение
-Готц-
называется коэффициентом возврата. Е>о значение всегда меньше единицы вследствие магнитного гистерезиса ферро магнитных участков магнитной цепи реле.
Входному параметру х:ср соответствует мощность сра батывания Рср , которую необходимо подвести к реле для
приведения в действие исполнительного механизма. Макси мально,му значению выходного параметра также соответ ствует некоторая мощность управляемой цепи, которую могут длительно пропускать контакты при многократном включении и выключении. Эта мощность называется мощ ностью управления Ру .
8
Отношение мощности управления к мощности сраба тывания называется коэффициентом управления ку
Его значение показывает, во сколько раз мощность управляемого сигнала больше мощности управляющего в момент изменения выходной величины.
Отношение установившегося значения тока в рабочей обмотке ( 1у ) к величине тока, при котором якорь реле
начинает свое движение (/.тр), называется коэффициентом
запаса по току к.л ■
Обычно каждое электромагнитное реле, а также любое электрическое, характеризуется конкретными значениями управляемой и управляющей мощности, коэффициента управления и временем срабатывания, т. е. временем от момента подачи входного сигнала до момента, когда вы ходной параметр достигнет своего максимального значе ния. Примерные пределы этих величин для реле различ ных типов приведены в таблице
|
|
|
|
Та б л иц а |
|
|
Мощность |
Управляе |
Коэффици |
Время сраба |
|
Вид реле |
срабатывании |
мая мощ |
ент управ |
тывания tcр, |
|
ность Р у , |
|||||
|
Рср, ет |
ления К у |
сек |
||
|
|
вт |
|
Электромаг нит и ы е не й- тральные . . .
Электромаг нитные поляри зованные . . .
М а г н и т о- электрическ ие
ИГ3 - |
102 |
10 1 -10' |
5-10-6 -5.10 1 |
1-20 |
|
О |
© |
0,1-2,0 |
р о 1 Г о р
10* -10"
2-10—3—2 10 1
10--*—2.10- -
10—3—5.10—1
Среди всех реле, различающихся по принципу дейст вия воспринимающих органов, электромагнитные реле получили наибольшее распространение. Это объясняется их благоприятными характеристиками и наибольшей эко номичностью.
Благодаря возможности создания большого разнообра зия возможных конструктивных схем эти реле могут быть легко приспособлены к различным условиям работы.
По величине потребляемой мощности при срабатыва нии реле можно классифицировать на высокочувстви тельные (Яср<10 .иа/п), чувствительные (Рср<100 мет) и
9