Обозначение

Наименование контактного элемента

Конструкция

Изображение на схеме

Замыкание

7

из

1 2

Размыкание

Переключение

ft?

ёезодрыЬное пеоскпючеиие

ный зазор 5, якорь 2 (рис. 2.26). На якорь реле действует тяговое усилие F = kO20, где k - коэффициент, учитывающий параметры магнитной цепи и величину воздушного зазора. Если величина тягового усилия F больше противодействующих усилий якоря, контактных и возвращающих пружин Q, то якорь притягивается к сердечнику. Величина перемещения якоря 5я называется ходом якоря. Полному притяжению якоря к сердечнику препятствует размещенный на нем штифт отлипания 9 или пластина отлипания 9, толщиной 50. Поэтому ход якоря меньше воздушного зазора 5 и составляет 5я = 5-50.

При притяжении якоря контакты прижимаются друг к другу (см. рис. 2.2а) с определенным давлением, называемым контактным давлением. От величины контактного давления зависит электрическое сопротивление, которое при его номинальном значении составляет примерно 0,01 Ом. При выключении цепи тока исчезает магнитный поток, удерживающий якорь у сердечника. Под действием контактных и возвращающей пружин якорь и контактные пружины возвращаются в исходное положение. Процесс перехода реле из исходного состояния в рабочее называется срабатыванием, а обратный процесс - отпусканием реле.

Коммутационные возможности реле определяются количеством и видом контактных пружин, устанавливаемых на реле. В табл. 2.1 привеЛ , Таблииа ZA дены основные контактные элементы, Основные контактные элементы ще-, представляющие собой комбинацию контактных пружин, которые могут образовывать электрический контакт друг с другом, и их условные обозначения в исходном (бестоковом) состоянии реле. Контактные элементы образуют контактные группы. Каждая контактная группа содержит от двух до шести контактных пружин. Реле может иметь до четырех контактных групп. Название каждой контактной группы образуется из сокращенных наименований ее контактных элементов. На схемах обмотку реле изображают в виде прямоугольника и обозначают прописной буквой, а его контактные элементы - той же, но строчной буквой. Внутри прямоугольника может быть указана величина сопротивления обмотки реле (рис. 2.2в).

Из многих разновидностей нейтральных электромагнитных реле с открытыми контактами массовое применение в автоматической коммутации нашли реле РПН, РЭС-14 и отчасти РЭС-9. Магнитная система реле РПН показана на рис. 2.26, а реле РЭС-14 - на рис. 2.2а. Реле РПН имеет простую конструкцию. Большинство его деталей изготовляется методом штамповки. Катушка реле может содержать одну, две или три обмотки. Контактная система реле позволяет устанавливать от одной до трех контактных групп при общем числе контактных пружин от 2 до 18. Число срабатываний реле (срок службы) составляет 106. Основными недостатками реле являются большие габариты, неуравновешенный тяжелый якорь. По сравнению с реле РПН реле РЭС-14 имеет меньшие габариты, большие коммутационные возможности (содержит до 24 контактных пружин) и больший срок службы - около 108 срабатываний.

Малогабаритное реле РЭС-9 применяется в тех случаях, когда основными требованиями являются малые габариты и быстродействие. Оно содержит две группы контактов на переключение. Реле защищено алюминиевым чехлом и приспособлено для размещения на плате с печатным монтажом Срок службы невелик - меньше 5 х 105 срабатываний.

Реле с герметизированными контактами. Реле с герметизированным контактом (геркон) на замыкание (рис. 2.3а) представляет собой две плоские пружины 1, изготовленные из пермаллоя (желе-зоникелевого сплава с высокой магнитной проницаемостью и малой остаточной намагниченностью).

Пружины полностью изолированы от окружающей среды, для чего помешены в заполненный инертным газом, стеклянный баллон 2. Диаметр баллона 3-5 мм, длина 30-50 мм. Пружины расположены так, что их внутренние концы, покрытые тонким слоем золота, имеют некоторое перекрытие. Такой геркон (или их группу) размещают внутри катушки с обмоткой 3, помещенной в ферромагнитном корпусе 4; последний выполняет роль магнитопровода и экрана. Такое устройство называется герконовым реле. При прохождении тока через обмотку 3 возникает магнитный поток, который замыкается через кор-

Сдисе.чнсе7.

ja/"икание

-е

ср

[дЬоенное размыкание

пус 4 и контактные пружины 1. Под действием разности магнитных потенциалов в зазоре контактные пружины 1 притягиваются друг к другу, образуя электрический контакт. При выключении тока пружины под действием сил упругости размыкаются.

Герметизированный контакт на переключение (рис. 2.36), кроме двух подвижных пружин из пермаллоя 1, имеет неподвижную пружину 5, изготовленную из немагнитного материала. В исходном состоянии (при отсутствии тока в обмотке) свободный конец нижней подвижной пружины прижат силой упругости к неподвижной пружине 5. При подаче тока в обмотку 3 подвижные пружины намагничиваются, нижняя подвижная пружина отрывается от неподвижной пружины 5 и притягивается к верхней подвижной пружине. При включении питания нижняя подвижная пружина под действием сил упругости возвращается в исходное положение.

Герконовые реле имеют достаточно высокую надежность (число срабатываний до 109), малое время срабатывания и отпускания, стабильное сопротивление контакта и небольшую потребляемую мощность. Наиболее широко для целей коммутации используются герконовые реле РЭС-46 и РЭС-55 с одной контактной группой на замыкание и переключение соответственно и реле РЭС-51 с шестью контактными группами.

Феридовымреле или феридом (рис. 2.4а) называется герконовое реле, магнитная система которого изготовлена из магнитного (ферритового) материала с прямоугольной петлей гистерезиса, обладающего достаточной для срабатывания и удержания герконового контакта остаточной намагниченностью. При прохождении через обмотку импульса постоянного тока I3 достаточной амплитуды контактные пластины замыкаются и остаются в замкнутом состоянии после окончания импульса за счет остаточного намагничивания сердечника. Для размыкания пластин через обмотку пропускают импульс тока 1р противоположной полярности с тем, чтобы снять остаточное намагничивание. При этом ток не должен превышать определенной величины. В противном случае возникает обратный магнитный поток, сила которого может оказаться достаточной для вторичного замыкания пластин. Чтобы снять ограничения, налагаемые на величину тока выключения, в фериде вместо одного используют два магнитопровода (рис. 2.46). В этом, так называемом, параллельном фериде используются методы параллельного и последовательного намагничивания (рис. 2.4в). Параллельное намагничивание осуществляется равными по величине и совпадающими по направлению токами I3, подаваемыми в обе обмотки (контакты замыкаются). Последовательно намагничивание осуществляется токами равной величины, но противоположными по направлению 1р (контакты размыкаются). Основным достоинством феридовых реле является возможность удержания в притянутом состоянии без потребления энергии и возможность управления импульсами, длительность которых (10-15 мкс) меньше необходимого для замыкания герконовых контактов времени

(0,5 мс), так как время изменения намагниченности магнитной системы ферида достаточно мало.

Герметизированный запоминающий контакт-гезакон, представляет собой геркон, у которого пружины изготовлены из магнитного материала с прямоугольной петлей гистерезиса, обладающего достаточной для удержания его пружин в замкнутом состоянии остаточной намагниченностью. Гезакон размешают между двумя обмотками так, что каждая из них занимает одну из его половин. Если магнитодвижущие силы, создавае-

мые обеими обмотками, имеют одинаковое направление, магнитный поток в рабочем зазоре между пружинами будет равен сумме магнитных потоков обмоток. Пружины гезакона притягиваются друг к другу и после окончания импульса остаются в замкнутом состоянии за счет остаточного намагничивания. Для выключения гезакона в одну из его обмоток необходимо подать импульс тока обратного направления, достаточный для перемагничивания одной из пружин. Магнитный поток между пружинами становится равным разности их остаточных потоков намагничивания. Его величина недостаточна для удержания пружин в замкнутом состоянии, и под действием силы упругости пружины размыкаются.

К герконовым реле другого типа относятся реле с магнитной блокировкой (РГМБ). У такого реле положение контактных пружин в состоянии покоя определяется воздействием магнитных потоков, создаваемых магнитами его магнитной системы. Магнитная система РГМБ (рис. 2.3а) содержит кольцевой постоянный магнит 1 из магнитоэласта с высокой коэрцитивной силой (около 1500 Э), потокоподводы 2 из магнитомягкого железа, переменный магнит 3 с изменяемым направлением остаточной намагниченности (около 40 Э), контактные пружины геркона 4 и катушку с обмоткой 5.

Пусть, например, в исходном состоянии переменный магнит 3 имеет полярность, показанную на рис. 2.5а. В этом случае магнитные поля, создаваемые переменным и постоянным магнитами, в зазоре контактов направлены встречно, и контакты будут в разомкнутом положении. Если в результате пропускания тока по обмотке 5 переменный магнит изменит свою полярность (рис. 2.56), то магнитные поля в зазоре контактов геркона будут действовать согласно, и его контакты замкнутся. Поскольку удержание контактов в состоянии покоя или в рабочем состоянии обеспечивается за счет остаточной намагниченности переменного магнита, то для переключения контактов достаточно подавать в обмотку кратковременные импульсы тока соответствующей полярности. Если постоянному магниту придать форму восьмерки (рис. 2.5в), то в зазоре между контактами одного геркона поля магнитных потоков постоянного и переменного магнитов будут совпадать, как, например, у верхнего геркона, в зазоре другого - направлены встречно, как у нижнего геркона. Таким образом в одном реле можно получить контакты на размыкание и замыкание.

2.3. Основные характеристики и временные параметры электромагнитных реле

Движение якоря реле (пружин геркона) происходит под действием силы F, которую называют тяговой. Ее величина зависит от магнитного потока Ф, действующего на якорь (пружины геркона): F = ki02. Главная составляющая потока Ф определяется магнитным потоком в воздушном зазоре Ф0. Величина Ф0 согласно закону Ома для участка магнитной цепи может быть рассчитана по формуле Ф0 = k2WI/5, где I - ток в обмотке реле и W - число ее витков, а 5-величина воздушного зазора. Полагая Ф~Ф0, получим F = kI2/5. В приведенных выражениях через k1, k2 и k обозначены соответствующие коэффициенты пропорциональности.

Зависимость изменения тяговой силы F от величины воздушного зазора 5 при постоянном значении тока в обмотке / называется тяговой характеристикой реле F = f(5). На рис. 2.6 пунктирными кривыми показано семейство тяговых характеристик реле РПН при значениях тока 11, 12 и 13.

Тяговой силе F при перемещении якоря препятствуют механические силы: упругости, трения и др. Зависимость изменения противодействующих сил Q от изменения величины воздушного зазора 5 называется механической характеристикой реле. Она индивидуальна для каждого реле и определяется типом реле, видом и количеством контактных групп, величиной 8 и др. На рис. 2.6 ломаной

сплошной линией показана механическая характеристика реле РПН с одной нагрузочной группой на замыкание. Из приведенного на рис. 2.6 совмещения характеристик F (5 ) и Q (5) следует, что якорь притянется к сердечнику реле только в том случае, если сила притяжения якоря F будет больше противодействующих сил Q, т. е. F>Q. Для возвращения якоря из притянутого в исходное состояние очевидно необходимо выполнение условия Q>F. Тяговая сила F обеспечивается магнитным потоком Ф и определяется величиной тока I в обмотке реле. Граничные значения токов, при которых реле надежно переходит (или не пе-Основы автоматической коммутации21

Рис. 2.6, Характеристики электромагнитного реле

Рис, 2.7. Слема включения электромагнитного реле (а), кривые изменения индуктивности (б) и тока (в) в цепи обмотки