• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Магнітоелектричні, електродинамічні і феродинамічні реле

Магнітоелектричне реле – це електромеханічне реле, робота якого заснована на взаємодії магнітного поля постійного магніту зі струмом в обмотці, підведеним ззовні.

На рис. 6.1, а схематично зображена одна з конструкцій такого реле. Його магнітна система складається з постійних магнітів 1 і 3, осердя 2 і ярма 4. У робочих проміжках d обертається рамка 5 з намотаною на неї обмоткою. Струм до обмотки від зовнішнього джерела підводиться спіральними проводами (не показані на рис. 6.1), що служать також поворотними пружинами. При відсутності струму в обмотці вони створюють момент, що утримує рухомий контактний елемент (КЕ) 6 замкнутим з нерухомим КЕ 7.

Рис. 6.1. Принципова схема магнітоелектричного реле

При допущенні рівномірності магнітного поля в робочих проміжках з урахуванням закону Ампера випливає, що обертовий момент, який діє на обмотку, визначається за формулою

, (6.1)

де r, l, w – середній радіус, активна довжина і кількість витків обмотки в робочому проміжку відповідно; В – складова магнітній індукції, спрямована вздовж радіуса r; i_з – струм в обмотці від зовнішнього джерела; Р_ед – електродинамічна сила, що діє на активну довжину обмотки (рис. 6.1).

Магнітна індукція В, строго кажучи, залежить від кута a переміщення рамки (рис. 6.2, а), що випливає з аналізу розподілу ліній магнітної індукції, показаних на рис. 6.1. Відповідно від кута a залежить і обертовий момент. Однак при малих відхиленнях рамки від вертикального положення (від –a_р до + a_р на рис. 6.2, а) можна прийняти В=соnst і вважати, що

, (6.2)

де .

З (6.2) випливає, що магнітоелектричні реле можуть працювати тільки на постійному струмі.

Припустимо, що при струмі і_з, рівному значенню рушання (і_з.тр), рух рамки починається з a=0 (рис. 6.1). Тоді вираз для механічного протидіючого моменту спіральних струмопровідних пружин має вигляд

, (6.3)

де с – жорсткість пружин; a₀ – кут, що відповідає їхньому попередньому розтягу від a=–a₀ до кута рушання a_тр=0, що необхідний для створення сили контактного натискання між КЕ 6 і 7 при відсутності струму i_з (рис. 6.1).

Рис. 6.2. Деякі характеристики магнітоелектричного реле:

а – залежності магнітної індукції В і обертового моменту М_об від кута a при i=const; б – залежність кута статичного повороту рамки від зміни струму в обмотці; в – криві динамічної зміни кута повороту рамки при трьох режимах роботи реле: 1 – коливальному, 2 – критичному, 3 --аперіодичному; г – залежності часу спрацювання реле від коефіцієнта запасу за струмом спрацювання (нумерація кривих відповідає рис. 6.2, в)

Зневажаючи тертям у підшипниках осей обертання О і О' рамки (рис. 6.1, б) і провалом контактів, для статичного режиму переміщення рамки одержимо

, (6.4)

Знак мінус у (6.3) і (6.4) показує, що напрямок М_об протилежний до додатного напрямку М_об.

З (6.2) – (6.4) у межах переміщення рамки:

a = к_меі_зш/c – a₀, (6.5)

що ілюструється рис. 6.2, б, на якому значення a_спр і i_зш.ср відповідають спрацюванню реле (замикання КЕ 6 і 8 при збільшенні струму в рамці), а значення a_п і i_зш.п – поверненню реле (замикання КЕ 6 і 7 при зменшенні струму).

У динамічному режимі крім М_об і М_мх на рамку діють заспокійливі гальмівні моменти, зумовлені струмами, індукованими у витках обмотки й у рамці (якщо остання виконана з металу), вихровими струмами в товщі провідника обмотки, а також тертям до повітря.

Електрорушійна сила, індукована у витках обмотки при її русі в магнітному полі постійних магнітів, визначається за формулою

. (6.6)

Якщо зневажити розмірами поперечного перерізу рамки з обмоткою і довжиною робочого проміжку d у порівнянні із середнім радіусом r обмотки (рис. 6.1), прийняти, що лінії індукції в робочих проміжках перпендикулярні до поверхні осердя і що , то потокозчеплення y можна розрахувати за формулою

. (6.7)

З (6.6) і (6.7) при В=соnst одержуємо

.

Струм в обмотці, обумовлений цією ЭРС при допущенні чиста активного характеру кола,

, (6.8)

де R – опір обмотки; R_вш – опір зовнішнього кола з урахуванням опору джерела.

Заспокійливий момент, зумовлений струмом і, можна знайти, використовуючи формулу (6.2):

(6.9)

де – коефіцієнт заспокоєння рамки від дії струму, індукованого в обмотці.

Оскільки моменти від струмів, індукованих у металевій рамці, від вихрових струмів, індукованих у товщі провідника обмотки, і момент, зумовлений тертям до повітря, також пропорційні , то дію всіх заспокійливих моментів можна характеризувати величиною , де – сумарний коефіцієнт заспокоєння рамки.

Таким чином, для динамічного режиму роботи можна записати

, (6.10)

де J – момент інерції рамки з обмоткою.

Аналіз цього виразу [6] показує, що в залежності від значення коефіцієнта реле може працювати в трьох режимах, ілюстрованих кривими a=f(t) на рис. 6.2, у: коливальному (крива 1), критичному (крива 2) і аперіодичному (крива 3). На рис. 6.2, у a_уст позначає стале значення кута a після заспокоєння рамки у випадку вилученого КЕ 8 (див. рис. 6.1), а t_р – час рушання.

Знаючи a_ср, k_ме, к_уS, J, с і ЭРС e_зн джерела живлення обмотки, використовуючи (6.10) і приймаючи , можна знайти час t_cp спрацьовування реле. Цей час знижується з ростом коефіцієнта к_з запасу за струмом спрацьовування і_зш.ср (рис. 6.2, г).

Розрахунок динамічних характеристик реле істотно ускладнюється при врахуванні власної індуктивності обмотки, взаємоіндуктивності обмотки з металевою рамкою і провалу контактів.

Магнітоелектричні реле з рухомою рамкою високочутливі (мінімальна потужність спрацювання досягає 10^–10 Вт), однак час їхнього спрацювання порівняно великий (порядку 0,1 с). До магнітоелектричного можна віднести магнітогідродинамічні реле, у яких рухомим струмопроводом є рідкий метал, наприклад, ртуть.

Електродинамічне реле відрізняєтьсявідмагнітоелектричного реле тільки тим, що в них замість постійного магніту застосовується обмотка зі струмом.

Феродинамічне реле – це електродинамічне реле, у якому взаємодія двох систем провідників зі струмом підсилюється наявністю феромагнітних деталей.

Принцип дії феродинамічного реле ілюструється на рис. 6.3. На полюси магнітопроводу 1 намотана обмотка 2, по якій проходить постійний струм І₁. Симетрично між полюсами знаходиться феромагнітне осердя 3. У робочих проміжках розміщається рамка з обмоткою 4. Припротіканні по обмотці 4 постійного струму І₂ його взаємодія з магнітним полем, створюваним у робочих проміжках обмоткою 2, викликає поворот рамки, напрямок якого визначається за правилом лівої руки.

Рис. 6.3. Принципова схема феродинамічного реле

При допущенні лінійності магнітної системи і рівномірності поля в робочих проміжках обертовий момент, що діє на обмотку 4,

, (6.11)|

де к_фд – коефіцієнт пропорційності.

Якщо обмотки живляться синусоїдальним змінним струмом і , то при казаних допущеннях миттєве значення обертового моменту

, (6.12)

де j – кут зсуву фаз між струмами.

Аналіз формули (6.12) показує, що обертовий момент феродинамічного реле при живленні обмоток змінним струмом має як змінну, так і постійну складові. Середнє значення обертового моменту за період Т

. (6.13)

Таким чином, феродинамічні реле можуть працювати як на постійному, так і на змінному струмі.

З (6.13) випливає, що феродинамічна система може використовуватися для створення реле зсуву фаз. На її основі може бути створене також реле потужності, якщо через одну з обмоток пропускати струм навантаження, а через іншу – струм, пропорційний до прикладеної до навантаження напруги.

Электромеханические аппараты автоматики: Учеб. для вузов по спец. «Электрич. аппараты» / Б. К. Буль, О. Б. Буль, В. А. Азанов, В. Н. Шоффа. – М.: Высш. школа, 1998. – 303 с. (с. 124 – 129)

Переглядів: 2177