Казаков Н.В., Кулагин Р.Н. Устройства электроавтоматики - файл n1.doc

приобрести
Казаков Н.В., Кулагин Р.Н. Устройства электроавтоматики
скачать (23686 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc23686kb.08.07.2012 22:27скачать

n1.doc

1   2   3   4
Глава 4. Обмотки
Правильно рассчитанная обмотка должна создавать необходимую н. с., полученную при расчете магнитной цепи реле, и в то же время не перегреваться.

Для обмоток обычно применяют медный провод в эмалевой, шелковой или хлопчатобумажной изоляции. Для реле, работающих в условиях высоких температур, используют изоляцию из стекловолокна.

Обмотки наматывают на каркасы из электрокартона или пластмассы. В мощных реле часто применяют бескаркасные обмотки, которые сначала наматывают на шаблоны, а затем скрепляют изолирующими лентами. Каркасные и бескаркасные обмотки пропитывают изолирующими лаками, что повышает электрическую прочность и влагостойкость, а также улучшает теплоотдачу.

При диаметре провода большем 0,3 - 0,4 мм производят рядовую намотку, когда витки в слое лежат плотно друг к другу и всю обмотку выполняют слоями толщиной в диаметр провода. При меньших диаметрах провода намотку производят «навалом», и витки располагают без точной укладки.

Обмотку реле можно включать последовательно с нагрузкой, имеющей значительно большее сопротивление, чем обмотка. В этом случае заданным является ток I в обмотке. При необходимости создания н. с. F число витков обмотки определяют сразу:

=F/I.

Если известно окно под обмотку, то диаметр провода в случае рядовой намотки а в случае намотки «навалом» Найденный диаметр округляют до стандартного, оценивают сопротивление обмотки

(22)

где lср - средняя длина витка обмотки, и проверяют обмотку на нагрев.

Если при расчете обмотки заданы напряжение сети U и н. с. F, которую должна создать обмотка, то, подставляя в выражение



сопротивление R из (22), получаем формулу для диаметра провода

(23)

Диаметр также округляют до стандартного значения, находят число витков, размещающихся в окне,



оценивают сопротивление и ток в обмотке и производят проверку на нагрев.

Приближенно проверить обмотку на нагрев можно по плотности тока, которая при длительно включенной обмотке не должна превышать 2-3 А/мм2. Удобным критерием оценки нагрева является также удельная величина боковой поверхности охлаждения. Наблюдения показали, что обмотка не перегревается, если на каждый ватт выделяющейся в ней мощности приходится 8 - 12 см2 боковой поверхности обмотки.

Режим, когда включение на время t1 и отключение на время t2 чередуются, причем t1 и t2 не превышают постоянной времени нагрева обмотки Т, называют повторно-кратковременным. При таком режиме во время включенного состояния мощность (а следовательно, и н. с.), подводимую к обмотке, можно увеличить в k раз по сравнению с длительным режимом, где



Если после кратковременного включения обмотка остывает в течение времени t2 > 5Т, то допустимую мощность, подводимую во время включенного состояния, можно определить из условия, что все тепло поглощается медью:

0,24I2Rt1 = cG’доп,

где с - теплоемкость меди; G - масса меди; ’доп - допустимое превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды.

Мощность, выделяющуюся в обмотке, можно представить в виде

(24)

Из уравнения (24) следует важный вывод о том, что создание заданной н. с. в заданных габаритах обмотки (Iср и Q) требует выделения в обмотке определенной мощности, которую не удастся изменить какой бы то ни было комбинацией тока, числа витков и диаметра провода (считаем, что k3 не зависит от диаметра провода). Если обмотка перегревается, то для сохранения н. с. без перегрева существует лишь один путь - увеличение окна обмотки Q.

Из выражения (24) следует еще один полезный вывод о возможности быстрого пересчета обмотки реле с одного напряжения на другое. Если при таком пересчете окно, занимаемое обмоткой, и н. с., создаваемую обмоткой, сохранить неизменными, то тепловой режим обмотки также не изменится. Формулу пересчета диаметра провода при изменении напряжения питания легко получить из выражения (23). В самом деле, для двух различных напряжений при неизменных параметрах , lcp и F можно записать:



Откуда новый диаметр провода d2 связан с прежним диаметром d1 зависимостью



где U1 - напряжение, на которое рассчитано реле; U2, - новое напряжение.

При таком пересчете предполагается, что вид изоляции проводов один и тот же и примерно одинаковы их коэффициенты заполнения. Новым проводом должно быть заполнено все окно, которое занимала обмотка с прежним проводом.
Глава 5. Тяговые электромагниты
В ряде случаев исполнительное устройство систем автоматики должно перемещаться на расстояние порядка нескольких миллиметров с усилием в несколько десятков ньютонов. К таким устройствам относятся различные клапаны, защелки, мощные выключатели (контакторы). Для привода подобных устройств вместо громоздких и дорогих электродвигателей с редукторами успешно применяют тяговые электромагниты.

В отличие от магнитных систем реле электромагниты чаще выполняют броневого типа (рис.12). Обмотка 1, как броней, защищена корпусом 4, который служит одновременно ярмом электромагнита. Конструкция электромагнита выполнена так, чтобы сечение магнитопровода по всей длине магнитной линии оставалось приблизительно постоянным. Якорь 6 электромагнита для уменьшения трения и предотвращения залипания перемещается внутри тонкостенной латунной трубки 7. Для снижения н. с. паразитного воздушного (немагнитного) зазора, равного толщине трубки 7, передняя крышка электромагнита имеет «воротничок» 5. Увеличенная площадь «воротничка» позволяет магнитному потоку пройти паразитный зазор со значительно меньшей индукцией, чем в остальной части магнитопровода, и, следовательно, с малой потерей н. с. обмотки.


Рис. 12. Электромагнит броневого типа


Рис.13. Конический якорь (а) и сравнение тяговых характеристик (б) электромагнитов с плоским (1) и коническим (2) якорем

В нормальном (обесточенном) состоянии якорь 6 отводится возвратной пружиной 3 в крайнее правое положение. При достижении током значения Iсраб якорь притягивается к сердечнику 2, приводя в движение связанное с ним устройство.

Электромагнитное усилие определяется выражениями (12) или (13), тяговая характеристика имеет вид, показанный на рис.9,г. Рассеяние можно учесть по выражению (20), где магнитная проводимость определяется для формы магнитопровода, приведенной в[5]. Однако плоский якорь, как на рис.12, дает тяговую характеристику, слишком круто идущую вверх. Для «выравнивания» характеристики применяют конический якорь.

Проводимость воздушного зазора G в электромагните с коническим якорем (рис.13, а) определяется фактическим воздушным зазором

ф= cos (25)

и фактическим сечением, равным боковой поверхности конуса,

sф= s cos  . (26)

Из (25) и (26) следует:



Подставляя производную dG/d в (10), получаем

(27)

Из сравнения равенства (27) с выражением для усилия при плоском якоре (12) очевидно, что

Pэ.кон=Pэ/cos2. (28)

Казалось бы, судя по (28), что при одинаковых сечениях s и зазорах , измеренных вдоль оси, тяговая характеристика конического якоря должна идти выше, чем плоского, так как cos2 < 1. Однако это наблюдается лишь при относительно больших зазорах (рис.13, б), когда магнитная система далека от насыщения. При малых зазорах (левее точки А) система насыщается, причем у конус­ного якоря более сильно вследствие меньшего общего сопротивления магнитной цепи за счет уменьшенного фактического сопротивления зазора. Поэтому у конического якоря часть н. с. обмотки, приходящаяся на зазор (I), уменьшается скорее, чем у плоского, и тяговая характеристика конического якоря 2 в области малых зазоров проходит ниже характеристики плоского якоря 1.

Время срабатывания электромагнитов, как правило, от 20 до 100 мс и может быть изменено способами, изложенными в главе 6.

Методы расчета обмоток электромагнитов аналогичны методам расчета обмоток реле.
Глава 6. Временные параметры реле и методы их изменения
Время срабатывания реле

tсраб = tтр + tдв ,

где tтр - время трогания, т. е. промежуток времени, в течение которого ток нарастает от нуля до тока срабатывания (рис.14, б), в конце этого промежутка электромагнитное усилие превысит противодействующее, и якорь придет в движение;

tдв - время движения якоря при его перемещении из нормального состояния в притянутое.



Рис.14 Схемные методы изменения времени срабатывания и отпускания реле
Время отпускания tотп также состоит из двух аналогичных составляющих.

Важно отметить, что время движения якоря при отсутствии специальных тормозящих устройств, как правило, значительно меньше времени трогания. Поэтому время срабатывания реле зависит в основном от времени трогания.

Реле можно разделить по временным параметрам на нормальные (tcpa6 имеет порядок 30 - 50 мс), быстродействующие (tсраб порядка нескольких миллисекунд) и замедленные, так называемые реле времени, у которых временные параметры специальными методами увеличены в пределах от десятых долей секунды до минут.

Время срабатывания и отпускания реле можно изменять как схемными, так и конструктивными методами.

Схемные методы основаны на изменении длительности переходных процессов в обмотке реле. Включение добавочного сопротивления Rдоб с одновременным повышением напряжения сети на U так, чтобы установившееся значение тока оставалось неизменным (кривая 2 на рис.14, б), приводит к ускорению срабатывания. В этой схеме нарастание тока происходит по экспоненте с постоянной времени, меньшей, чем постоянная времени обмотки реле (кривая 1 на рис.14, б):



где Lоб и Rоб - соответственно индуктивность и активное сопротивление обмотки реле, и время tтр уменьшается (tтр2< tтр1).

Еще большее ускорение дает схема с емкостью, шунтирующей добавочное сопротивление (показано пунктиром на риc. 14, а). За счет зарядного тока емкости ток в обмотке быстрее достигает Iсраб. Форма тока в обмотке для этого случая показана на рис. 14, б (кривая 3 и tтр3). Время тпускания будет минимальным в случае безыскрового разрыва цепи обмотки. Однако ввиду того, что обмотка реле представляет собой индуктивную нагрузку, для сохранения контактов, замыкающих цепь обмотки, могут быть применены схемы искрогашения. При этом следует отметить, что шунтирование обмотки реле сопротивлением, диодом или емкостью (рис. 14 в, г и д) приводит к замедлению процесса отпускания реле. Обозначим через Lотл и Rотл соответственно индуктивность и постоянную времени обмотки реле при зазоре min, равном высоте штифта отлипания.

Для создания реле времени широко применяют схему, приведенную на рис.14, д. Емкость С и сопротивление R1 подбирают, исходя из условия



которое обеспечивает апериодический процесс снижения тока в обмотке управления, а следовательно, и увеличение tтр. При срабатывании зарядный ток емкости создает дополнительное падение напряжения на Rдоб, в результате чего к обмотке подается пониженное напряжение, и tтр при срабатывании также возрастает. Этим методом удается увеличить время срабатывания и отпускания до 0,5 - 1,0 с.

Конструктивные методы, уменьшающие временные параметры реле, сводятся к снижению массы подвижных частей и предотвращению прохождения вихревых токов в толще магнитопровода, для чего магнитопровод, подобно трансформатору, набирают из пластин.


Рис.15. Конструктивные методы изменения времени срабатывания и отпускания реле
Ускорению отпускания способствует увеличение высоты штифта отлипания, так как это снижает индуктивность обмотки в притянутом положении якоря, а, следовательно, и Tотл. Для ускорения срабатывания применяют также ускоряющую обмотку уск (рис.15, а), создающую мощную н. с. с небольшой постоянной времени. Однако уск рассчитана по нагреву лишь на кратковременное включение. Поэтому после срабатывания реле размыкает контакты КР и включает последовательно с уск удерживающую обмотку уд, рассчитанную на длительное включение и создающую н. с., которой достаточно для удержания якоря в притянутом состоянии.

Для замедления работы реле широко используют короткозамкнутые обмотки или медные втулки, часто одновременно выполняющие роль каркаса обмотки (рис.15, б). i

В общем случае магнитный поток реле создается н. с. тока основной обмотки i и тока короткозамкнутой обмотки ik:

(29)

где Rмо- магнитное сопротивление магнитопровода реле при зазоре .

При включении основной обмотки под напряжение по закону Кирхгофа можно записать:

(30)

(31)

Подставив в выражение (29) значения токов i и ik, найденные из (30) и (31), после преобразований получим

(32)

где - постоянная времени основной обмотки при =0;

- постоянная времени обмотки k при  = 0 для втулки;

k = 1; Фр - установившееся значение потока, cоответствующее рабочему току обмотки реле и равное

Из (32) следует, что таток в реле будет нарастать медленнее, чем при от­сутствии обмотки k и время tтр, за которое поток создаст усилие, превышающее противодействующее усилие пружин, возрастает.

При безыскровом разрыве цепи основной обмотки поведение реле описывается только уравнением (31), так как ток в основной обмотке исчезает практически мгновенно. Уравнение (31) может быть также записано в виде



решение этого уравнения

(33)

где iк и Iк - переходный и начальный токи обмотки k;

Тк.отл - постоянная времени этой обмотки в притянутом положении якоря.

Если коэффициент связи между обмотками принять равным единице, то, умножив (33) на к/ , получим для процесса отпускания (33) выражение



где Iр - установившийся ток в обмотке реле, откуда время трогания при отпускании

(34)

Отметим, что изменения срабатывания и отпускания можно достигать также изменением времени движения путем соответствующих изменений массы подвижных частей реле, жесткости пружин, расстояний, на которые перемещаются подвижные части, и т. п.

Реле времени на десятки секунд и минуты осуществляют с помощью гидравлических тормозных устройств, часовых механизмов, комбинаций электромагнитных реле с электронными лампами и т. п. [5].
Глава 7. Типы реле. Выбор реле по исходным данным
Электромагнитные реле являются одним из распространенных элементов многих систем автоматики и телемеханики. Отечественной промышленностью выпускается свыше 200 типов только реле постоянного тока. Причем только один из типов (РПН) имеет около 800 модификаций, отличающихся сопротивлением и числом обмоток, числом и видом контактных групп, временными параметрами и т. п.

По величине потребляемой при срабатывании мощности реле можно подразделить на высокочувствительные (до 10 мВт) и слаботочные нормальной чувствительности (до 1-5 Вт).

По величине коммутируемой мощности различают реле малой мощности (до 50 Вт) постоянного или 120 ВА переменного тока), промежуточные (до150 Вт постоянного или 500 В-А переменного тока) и силовые реле-контакторы (500 Вт и выше).

К электромагнитным реле предъявляют разнообразные требования, которые не всегда удается удовлетворить в одной конструкции. Прежде всего задаются требования чувствительности и коммутируемой мощности. Часто реле должны иметь малые габариты, большое число переключаемых цепей (контактов), обладать большим сроком службы и достаточной надежностью работы в условиях вибрации, при резких колебаниях температуры и влажности, малым временем срабатывания и отпускания реле, а иногда и значительной выдержкой времени при срабатывании или отпускании. Кроме того, при одних и тех же коммутационных возможностях и неизменных н. с. последние должны получаться при самых разнообразных сочетаниях «ток - число витков», необходимых для согласования с предыдущими устройствами (например, реле, включенные в анодные цепи электронных ламп, должны иметь сопротивление обмоток несколько килоом, а с транзисторами - лишь десятки - сотни ом).

Разнообразием требований и объясняется большая номенклатура типов реле и их модификаций.



Рис.16. Конструкция слаботочного реле РПН

Наибольшее распространение в аппаратуре автоматики, телемеханики и связи получило реле с плоским сердечником РПН (реле плоское нормальное). Магнитная система реле, выполненная по рис. 11, б, состоит из штампованного сердечника сечением

410,5 мм2 с обмоткой и плоского якоря сечением 1,823 мм3, огибающего обмотку. Относительно большая масса якоря (34 г) позволяет использовать это реле лишь в стационарных условиях, так как оно нормально работает только в вертикальном положении (для исключения веса якоря) и в условиях отсутствия сотрясений.

Контактная система реле РПН состоит из одной, двух или трех контактных групп; каждая группа может иметь от двух до шести контактных пружин с контактами. Концы контактных пружин раздвоены и снабжены серебряными контактами. Сдвоенные контакты обеспечивают повышенную надежность работы. Путем изменения набора штифтов, передающих усилие от якоря к контактным пружинам, достигают самого разнообразного сочетания размыкающих КР, замыкающих КЗ и переключающих КП контактов.

Замедленные реле РПН имеют на сердечнике под основной обмоткой короткозамкнутую обмотку из провода диаметром 0,5 мм. Для изменения выдержки времени число витков этой обмотки может быть различным (два, четыре или шесть слоев провода). На конце сердечника таких замедленных реле сделаны отметки (соответственно К1, К2 или К3).

Данные обмотки (число витков, сопротивление, диаметр и марка провода) наряду с маркой завода и номером паспорта реле по каталогу выносят на эти­кетку катушки. Размеры и общий вид реле РПН показаны на рис.16, а некоторые параметры в табл. 3.

Реле РПН имеет простую конструкцию, почти все детали его штампованные. Оно примерно в два раза дешевле маломощных реле других типов при одинаковых чувствительности и коммутационных возможностях. Реле РПН выпускают одно-, двух- и трехобмоточными, а для использования в цепях переменного тока - с селеновым выпрямителем РПСВ.

Другим распространенным типом реле является реле с круглым точеным сердечником РКНД реле круглое нормальное. Реле, выполненное по схеме рис.11, имеет значительно меньшую массу якоря и большую жесткость возвратной пружины, чем РПН, что позволяет применять его на подвижных объектах при вибрации мест крепления с частотой 30 Гц и ускорениях до 1,8g.

Таблица 3

Параметры реле

Тип реле

РПН,

РКН

МКУ-48

КДР

РМУ

РЭС-10

Кол-во контактных групп

Кол-во коммутируемых цепей (максимальное)

Мощность срабатывания, Вт

Напряжение, подводимое к обмотке, В

Ток срабатывания, мА

Разрывная мощность постоянного тока, Вт

Максимальный длительный ток через контакты, А

Допустимое напряжение на контактах, В

Время срабатывания, мс

Время отпускания, мс

Масса, г

2-3
6-8

0,1-0,8
До 60

1,3-750
12
0,2
60

4-120

8-600

240-290

2
4-8

0,5-5,6
До 220

4,5-200
50
5,0
220

10-30

4-15

550

5
15

1-5
До 220

12-650
120
3б0
220

15-180

До 10 с

430-1 кг

2
4

0,6-0,7
27

8-32
27
1,0
27

До 25



70

1
1

0,2-0,3
6-27

6
65
2,0
32

5



7


Контактная система реле РКН состоит из одной или двух контактных групп; каждая группа может иметь до девяти контактных пружин и аналогична плоскому реле.

Замедление реле РКН осуществляется массивными медными втулками раз­личной длины, помещенными на сердечниках. Для регулировки постоянной времени Tк.отл якорь снабжают регулируемым штифтом отлипания в виде винта. Габариты реле PKH: 95х56,6х25х25,6 мм3. Некоторые параметры реле РКН приведены в табл. 3.

Реле РКН имеет ряд модификаций. Модификация РКМ-1 (реле круглое малогабаритное) предназначена для работы реле в переносной и подвижной аппаратуре автоматики. По конструкции оно похоже на реле РКН, но отличается меньшими габаритами (753722 мм ). Реле РКН и РКМ-1 могут работать в условиях колебаний температуры ±40 °С и относительной влажности до 98% при 20°С.

Реле РКМП предназначено для эксплуатации в передвижных установках в условиях колебаний температуры - 60...+70 °С, повышенной влажности воздуха до 98% при температуре 15-40 °С, вибрации мест крепления с частотой 20 - 70 Гц при ускорениях 5g, при центробежных ускорениях до 10g и атмосферном давлении до 150 мм рт. ст. Реле выдерживает ударную тряску с ускорением до 15g (2000 ударов).

Реле РПН и РКН представляют собой многоконтактные реле с достаточной чувствительностью (мощность срабатывания до 1 Вт), но с относительно небольшой мощностью переключаемых цепей (до 12 Вт постоянного тока).

Для переключения цепей большей мощности при работе в стационарных условиях служат реле МКУ-48 (многоконтактное унифицированное). Реле пред­назначены для работы при температуре окружающей среды 10 - 35 °С и отно­сительной влажности воздуха 60 - 70%, но могут работать и в более тяжелых условиях. Обмотка реле может питаться от сети как постоянного, так и переменного тока напряжением 12, 24, 36, 60, 110, 127, 220 и 380 В. Потребляемая катушкой мощность не более 3 Вт на постоянном и не более 7,5 В-А на переменном токе. Разрывная мощность контактов этих реле в цепях постоянного тока 50 Вт, а в цепях переменного тока 500 В-А.

Модификация реле МКУ-48С рассчитана на работу при температуре среды до 50°С и повышенном напряжении (до 110% от номинального напряжения сети). Реле выпускают с различными наборами контактов (КР, КЗ, КП), допускающими коммутацию 4-8 цепей. Реле МКУ-48 изготовляют в пластмассовом корпусе с габаритами 129х113х54,5 мм3.

Другим типом реле повышенной мощности являются реле КДР (кодовые диспетчерские реле), получившие свое название от устройства железнодорожной диспетчерской централизации, в которых они впервые были применены. Реле КДР также относятся к разряду стационарных. По сравнению с реле РПН, РКН и МКУ они имеют большее число контактных групп (до 5) и могут одновременно коммутировать до 15 цепей с разрывной мощностью до 120 Вт постоянного тока. По конструкции реле КДР напоминает РКН, но несколько больше его по габаритам (115х75х54). Мощность срабатывания КДР также увеличена и достигает 5 Вт (см. табл.3, где приведен ряд параметров реле).

Кодовые реле имеют ряд модификаций. В модификации КМР за счет массивных медных втулок и более совершенной магнитной системы достигается замедление при отпускании до 7 - 10 с. Модификация КДРМБ имеет магнитную блокировку, при которой якорь остается в замкнутом состоянии за счет остаточного магнетизма сердечника после отключения тока в обмотке. Для этого сердечник выполнен из хромистой стали. Отпускание якоря происходит при подаче на реле импульса обратной полярности.

Модификация КДРТР предназначена для работы во влажном тропическом климате. С этой целью в реле используют такие материалы, как стеклоткань, провод в изоляции винифлекс ПЭВ, негорючие полихлорвиниловые трубки, изоляционные кремнийорганические лаки, латунный крепеж вместо железного и т. п. Модификация КДРШ выполнена со штепсельным включением реле в схему, позволяющим быстро заменять его, не прибегая к пайке.

Для применения в аппаратуре подвижных объектов создан ряд малогабаритных реле, которые не теряют работоспособности при колебаниях температуры - 60 ... +85 °С (РМУ, РЭС-6, РСМ), в условиях относительной влажности до 98%, атмосферном давлении до 15 мм рт. ст. (РМУ, РМУГ), вибрации мест крепления с частотой 16 -300 Гц при ускорении до 10 g, центробежных ускорениях до 25g. Реле выпускают в герметичном исполнении (РМУГ) с запайкой трубки внутреннего объема.

Одно из наиболее миниатюрных реле с одним переключающим контактом РЭС 10 имеет габариты (рис. 17) 196,6 мм и массу всего 7 г. Реле заключено в алюминиевый чехол и залито со стороны основания специальной смолой. При таких размерах мощность срабатывания РЭС 10 не превышает 0,34 Вт, а разрывная мощность доведена до 60 - 75 Вт. Реле рассчитано на работу при температуре окружающей среды - 60...+125 °С, условиях вибрации 10 - 150 Гц, центробежных ускорениях до 80 g и атмосферном давлении до 55 мм рт. ст. Реле выдерживает 1000 ударов с ускорением l00 g.



Риc.17 Конструкция миниатюрного реле РЭС10
В каталогах марки реле обычно расположены в порядке сопротивления обмоток и сгруппированы по модификациям (нормальные реле, замедленные реле, напряжение питания и т. п.) внутри различных типов, что облегчает их выбор по исходным данным (сопротивление обмоток, ток срабатывания, а также необходимое число и вид контактных групп).

Глава 8. Особенности реле переменного тока

В системах автоматики, где основным источником энергии является сеть переменного тока, целесообразно применение реле, обмотки которых рассчитаны на питание переменным током.

Из выражения для электромагнитного усилия (10), зависящего от квадрата тока, следует, что тяговое усилие не зависит от направления тока, а значит, в оба полупериода усилие направлено в сторону уменьшения зазора. Среднее значение этого усилия пропорционально квадрату действующего значения тока, протекающего по обмотке.

Работа реле переменного тока имеет ряд особенностей, обусловивших его конструкцию.

Первая особенность заключается в том, что в стали магнитопровода проходит переменный поток и создаются потери на вихревые токи и гистерезис. Для снижения этих потерь магнитопровод набирают из листовой электротехнической стали подобно трансформаторам. Величину потерь в стали (Вт) определяют по известной формуле

, (35)

где Bт - амплитудное значение индукции, Тл; Gст – масса магнитопровода, кг; р – удельные потери в стали данных марки и толщины при Bт = 1 Тл и соответствующей частоте f, Вт/кг.

Вторая особенность реле переменного тока заключается в зависимости тяговых характеристик от способа включения обмотки.

Если обмотку реле включают последовательно с каким-либо аппаратом или балластным активным сопротивлением, определяющим ток в обмотке, то можно считать, что при любом значении воздушного зазора ток в обмотке останется неизменным. Подставляя действующее значение тока в выражение (12) при плоском зазоре, получаем для тяговой характеристики такое же выражение, как для реле постоянного тока:

. (36)

Однако чаще встречается случай, когда обмотку включают непосредственно под неизменное напряжение сети. Тогда

, (37)

где L - индуктивность обмотки реле, так как активное сопротивление R обмотки значительно меньше ее индуктивного сопротивления.

Если сталь далека от насыщения, то можно считать, что магнитное сопротивление магнитопровода равно сопротивлению зазора. В этом случае индуктивность обмотки можно считать обратно пропорциональной величине зазора:

, (38)

а ток в обмотке [если подставить (38) в (37)] – пропорциональным зазору:

. (39)

Подставив в выражение (36) значение тока из (39), устанавливаем, что электромагнитное усилие реле переменного тока остается постоянным, не зависящим от зазора, если его обмотка включена под неизменное напряжение сети:

. (40)

Это надо учитывать при использовании реле в схемах.

В действительности усилие несколько возрастает с уменьшением зазора, но не в такой степени, как это происходит у реле, работающего в режиме I = const (рис.18, а). Отличие зависимости Рэ(?) от теоретической Рэ = const объясняется снижением падений напряжения в активном сопротивлении IR и индуктивном сопротивлении рассеяния jIXpac по мере уменьшения тока в обмотке, что приводит к некоторому росту Э.Д.С. (E) потока Ф, а следовательно, и электромагнитного усилия по мере уменьшения зазора (рис. 18, б и в).

Третья особенность реле переменного тока состоит в вибрации якоря при работе. Пусть реле питается переменным током

. (41)

Если квадрат равенства (41)

. (42)

где I – действующее значение тока в обмотке, подставить в выражение (12) и учесть (36), то электромагнитное усилие будет состоять из постоянной составляющей и переменной, меняющейся с двойной частотой:

. (43)



а) б) в)

Рис. 18. Тяговые характеристики реле переменного тока (а) и векторные диаграммы при большом (б) и малом (в) воздушных зазорах

При переходе значения тока через нуль усилие также обращается в нуль. Это вызывает дрожание якоря, которое быстро истирает ось.



Рис. 19. Методы снижения вибрации якоря в реле переменного тока

Для устранения вибраций в магнитной системе необходимы два потока, сдвинутых во времени. Это можно достигнуть в двухобмоточных реле, если с помощью внешних индуктивности и емкости (рис. 19, а) создать сдвиг фаз во времени между токами I1 и I2, равный ?/2. Тогда

(44)

Если Pэm1= Pэm2= Pэm, то суммарное электромагнитное усилие, притягивающее якорь, не изменяется во времени (рис. 19, б):

(45)

Другим способом уменьшения вибраций является расщепление потока с помощью короткозамкнутого витка, охватывающего одну из половинок пропиленного сердечника (рис. 19, в).

Работу схемы можно объяснить на векторной диаграмме (рис. 19, г). Короткозамкнутый виток подобен вторичной обмотке трансформатора, образованного на потоке ФВ.

В обмотке реле, выполняющей роль первичной обмотки трансформатора, будет протекать ток I1 равный, как обычно, сумме намагничивающего тока IОВ и тока в короткозамкнутом витке I`КЗ приведенного к первичной цепи и принятого находящимся в фазе с Э Д С в витке. Однако кроме потока ФВ обмотка реле создает поток ФА, который является потоком обычной катушки со сталью и, значит, находится почти в фазе с током этой катушки, т. е. с током I1обмотки реле.

Таким образом, между потоками ФА и ФВ возникает сдвиг фаз и одновременно оба потока в нуль не обращаются, а значит, в любой момент времени существует усилие, удерживающее якорь от вибрации.

Каждое из усилий изменяется во времени согласно (43):

;

.

откуда постоянная составляющая суммарного усилия

,

а амплитуда переменной составляющей на основании теоремы косинусов (см. пунктирный треугольник на рис. 19, д)

.

В существующих конструкциях ?=60О и при равенстве Pср1 ?Pср2 это означает, что Р~=Р_ /2 т. е. усилие никогда не становится меньше половины постоянной составляющей.

1   2   3   4


Глава 4. Обмотки
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации