.RU

1.6Специальные виды реле - Игумнов Н. П. Типовые элементы и устройства систем автоматического управления


^ 1.6Специальные виды реле

Наряду с наиболее распространенными реле электромагнитного типа в системах автоматики находят применение и реле других типов, в которых тяговое усилие, необходимое для переключения контактов, создается не с помощью электромагнита. К такой группе реле относятся реле с магнитоуправляемыми контактами, магнитоэлектрические, электродинамические и индукционные реле.

^ Реле с магнитоуправляемыми контактами, называемые герконами (герметизированные контакты), рисунок 1.27 представляют собой стеклянную ампулу, заполненную инертным газом, а также азотом и водородом или из которой выкачан воздух (вакуумный геркон), в которую впаяны тонкие упругие ферромагнитные пластинки, выполняющие одновременно роль контактов, упругих элементов и части магнитопровода.

Управляются герконы внешним магнитным полем, которое создается катушкой обтекаемой током, или постоянным магнитом. Под действием магнитного поля концы пластин притягиваются, замыкая коммутируемую цепь. При исчезновении поля пластины вследствие силы упругости расходятся, рисунок 1.27, а. Для уменьшения переходного сопротивления контактов на концы пластин-контактов наносится слой серебра, золота, родия или других благородных металлов. Этот слой выполняет также роль немагнитной прокладки, не допускающей залипания контактов.





Рисунок 1.27 – Реле с магнитоуправляемыми контактами


Герконы обладают большим сроком службы с числом срабатываний, достигающим 106 – 109. Благодаря малому расстоянию между контактами и малой инерционности пластинок-контактов реле с магнитоуправляемыми контактами – сравнительно быстродействующие элементы tср = 0,5 ÷ 2.0 мс.

Промышленность выпускает разнообразные магнитоуправляемые контакты-герконы с замыкающими, размыкающими и переключающими контактами рисунок 1.27, а – в, а также реле с магнитоуправляемыми контактами, внутри катушки может находиться один или несколько герконов, рисунок 1.27, г.

Реле на магнитоуправляемых контактах предназначены для использования в схемах автоматики в качестве промежуточных реле, реле защиты и запоминающих элементов. Реле промежуточные РПГ и РПГ-2 (миниатюрные) имеют большие функциональные возможности и повышенную надежность благодаря использованию контактов на герконах КЭМ-1. Реле с магнитной памятью РМГ применяют в схемах автоматики в качестве элементов памяти.

^ Магнитоэлектрические реле. Принцип действия магнитоэлектрического реле основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с током, протекающим по обмотке, выполненной в виде поворотной рамки.

Магнитоэлектрическое реле, рисунок 1.28 состоит из постоянного магнита ^ 1, между полюсными наконечниками которого находится цилиндрический стальной сердечник 2. В кольцевом зазоре между полюсными наконечниками и сердечником создается равномерное радиальное направленное магнитное поле. В зазоре размещена легкая алюминиевая рамка 3 с обмоткой из тонкого провода, к которой подводится ток по спиральным пружинам из фосфористой или оловянно-цинковой бронзы. Эти пружины создают противодействующий момент, стремящийся установить рамку с обмоткой таким образом, чтобы ее плоскость была направлена по оси полюсов магнита 1. При пропускании тока I по обмотке реле на рамку с обмоткой действует вращающий момент, заставляющий ее поворачиваться вокруг оси в направлении, определяемом полярностью тока. Жестко закрепленный на рамке подвижный контакт 4 замыкается с одним из неподвижных контактов 5 или 6.

Сила, действующая на проводник длиной l, обтекаемой током I и помещенный в магнитное поле с индукцией В, определяется на основании закона Ампера:


F = BlI. (16.1)


На рамку длиной l, шириной а, с числом витков ω действует вращающий момент


. (16.2)





Рисунок 1.28 – Магнитоэлектрическое реле


Для конкретного реле Blaw = K = const, следовательно,


Mир = KI. (16.3)


Из уравнения (16.3) видно, что при неизменных конструктивных параметрах реле и заданном токе I в его обмотке вращающий момент имеет постоянное значение.

В то же время противодействующий момент, создаваемый закручивающимися токопроводящими пружинами, пропорционален углу закрутки, т.е. углу поворота рамки. Поскольку направление поворота рамки определяется направлением тока в обмотке, магнитоэлектрическое реле является поляризованным и может быть выполнено трехпозиционным.

По сравнению с другими электромеханическими реле магнитоэлектрическое реле является наиболее чувствительным, оно срабатывает при мощности управления в доли милливатта. Усилие на контактах магнитоэлектрического реле невелико (порядка 10-2 Н и менее), поэтому для повышения надежности контакты выполняются из платины и платинородиевого сплава. При резком изменении усилия маломощные контакты быстро изнашиваются, поэтому магнитоэлектрические реле используются обычно в схемах, где сигнал постоянного тока меняется медленно. По своему быстродействию они уступают нейтральным магнитным реле.

^ Электродинамические реле. Принцип действия электродинамического реле основан на взаимодействии двух катушек с током, одна из которых подвижна, а другая неподвижна. От магнитоэлектрического реле электродинамическое реле отличается тем, что индукция в рабочем зазоре создается не постоянным магнитом, а неподвижной катушкой на сердечнике, т.е. электромагнитным способом. От электромагнитного реле электродинамическое реле отличается тем, что тяговое усилие воздействует не на стальной якорь, а на подвижную катушку.

Устройство электродинамического реле показано на рисунке 1.29 на магнитопровод ^ 3 надета неподвижная катушка 2, обтекаемая током I2. между полюсными наконечниками магнитопровода находится цилиндрический стальной сердечник 4. В кольцевом зазоре между полюсными наконечниками и сердечником создается равномерное радиальное направленное магнитное поле. В зазоре размещена легкая алюминиевая рамка 1 с обмоткой из тонкого провода, к которой подводится ток I1 по спиральным пружинам, создающим противодействующий момент, стремящийся установить плоскость рамки 1 вдоль оси полюсных наконечников.

При подаче управляющего тока I1 в обмотку рамки 1 она будет поворачиваться в зазоре между полюсными наконечниками и сердечником. Жестко закрепленный на рамке подвижный контакт 5 замыкается с одним из неподвижных контактов 6 и 7.

Сила, действующая на проводники рамки электродинамического реле, определяется законом Ампера. Следовательно, будут справедливы уравнения (16.1) и (16.2) . однако входящая в эти уравнения индукция. В не постоянна, а определяется намагничивающей силой, создаваемой катушкой 2 с током I2:





Рисунок 1.29 – Электродинамическое реле


В = I2 w2 /(Rм sδ), (16.4)


где Rм – магнитное сопротивление на пути магнитного потока возбуждения; sδ – площадь поперечного сечения рабочего воздушного зазора.

Подставляя (16.4) в (16.2) и выразив через постоянный коэффициент К сочетание всех неизменных конструктивных и обмоточных данных реле, получим уравнение для вращающего момента электродинамического реле:


Mвр = K I1 I2. (16.5)


Из (16.5) видно, что направление поворота рамки зависит от направления токов в обеих обмотках реле, т.е. оно будет положительным при одинаковых направлениях токов и отрицательным при разных направлениях.

При работе реле на постоянном токе и питании его неизменным по значению и направлению током возбуждения I2 электродинамическое реле (как и магнитоэлектрическое) является поляризованным и трехпозиционным. В зависимости от направления управляющего тока I1 замыкается пара контактов 6 – 7 или 6 – 8, а при отсутствии тока I1 контакт 6 находится в среднем, незамкнутом, положении.

Однако в отличии от магнитоэлектрического реле электродинамическое может работать при питании переменном током. В этом случае на рамку воздействует переменный магнитный поток, а направление поворота определяется средним за период значением вращающего момента


Mвр. ср. = K I1 I2 cosφ, (16.6)


где I1 и I2 – действующие значения токов в обмотках; φ – угол сдвига фаз между токами.

Из (16.6) следует, что электродинамическое реле реагирует на фазу входного сигнала, т.е. его можно использовать как реле сдвига фаз, срабатывающее при определенном значении φ. Это же реле может реагировать и на мощность переменного или постоянного тока. В этом случае на одну из обмоток подается ток, а на другую – напряжение цепи.

При последовательном соединении обмоток I1 =I2 = I вращающий момент


Mвр. = K I2,(16.7)


Т.е. зависимость тягового усилия от тока будет аналогична электромагнитному нейтральному реле.

К недостаткам электродинамических реле следует отнести их большие габариты и вес.

^ Индукционные реле. Принцип действия индукционных реле основан на взаимодействии переменных магнитных потоков с токами, индуцированными этими потоками.





Рисунок 1.30 – Индукционное реле скорости


Рассмотрим принцип действия индукционного реле скорости. Реле скорости (РКС) механически соединяется с валом электродвигателя механизма скорость, которого требуется контролировать. РКС работает аналогично асинхронному двигателю и устроено следующим образом. Ротор реле, рисунок 1.30 представляет собой постоянный магнит 1, соединенный с помощью валика с валом двигателя. Постоянный магнит помещен внутри алюминиевого цилиндра 2, имеющего обмотку в виде беличьей клетки. Цилиндр может поворачиваться вокруг оси валика 0 на небольшой угол, и переключать при этом с помощью упора 6 контакты 5 и 7. При неподвижном двигателе упор занимает среднее положение, и контакты реле находятся в «нормальном» положении. При вращении двигателя и тем самым магнита 1 уже при небольших скоростях на цилиндр 2 начинает действовать вращающий момент, под действием, которого он поворачивается и обеспечивает с помощью упора 6 воздействует на контакты 5 или 7, вызывая их замыкание с контактами 4 или 8. При скорости двигателя, близкой к нулю, цилиндр возвращается в среднее положение и контакты 5 или 7 переходят в свое «нормальное» состояние. Величина скорости, при которой переключаются контакты реле, определяется положением настроечных винтов 9, т.е. регулированием натяжения пружины.

Реле контроля скорости удобно использовать при автоматизации процесса торможения, когда требуется обеспечивать отключение двигателя от сети после снижения его скорости до нуля.

^ Реле счета импульсов. Реле счета импульсов позволяет отсчитывать наперед заданное количество импульсов и передавать команду на исполнительные механизмы после отработки этих импульсов. С помощью этого реле осуществляется строгая цикличность в управляемом процессе.

Основным элементом реле счета импульсов является шаговый искатель (распределитель). Шаговый распределитель прямого хода, рисунок 1.31, а, состоит из электромагнита 1 и якоря с храповым колесом 3. При повороте якоря вокруг оси собачка 6 под действием пружины 7 зацепляется за зуб храпового колеса 3 и поворачивает его вал на одно деление зуба, перемещаясь до упора 5. поворот вала вызывает перемещение контактных щеток 2 по контактным (ламельным) рядам. По окончании действия импульса собачка 6 возвращается под действием пружины 8 в исходное положение. Собачка 4 препятствует обратному повороту храпового колеса. При подаче очередного импульса в электромагнит вал искателя прямого хода поворачивается на одно деление зуба, а щетки перемещаются на следующую ламель и т.д. Обычно в искателях бывает от трех до восьми ламельных рядов.





а – прямого хода; б – обратного хода


Рисунок 1.31 – Кинематическая схема шаговых распределителей


Распределитель обратного хода, рисунок 1.31, б, отличается от первого лишь тем, что якорь снабжен движущейся пружиной 8, обладающей достаточной упругостью для создания усилия, необходимого для перемещения щеток. При притяжении якоря собачка 6 скользит по зубьям храпового колеса 3, не входя с ними в зацепление, и заводится пружиной 8. После отключения обмотки электромагнита пружина 8, двигая собачку 6, поворачивает храповое колесо на один зуб.

На рисунке 1.32 приведен общий вид шагового искателя.





1 – статор с ламелями; 2 – движущая собачка; 3 – скользящие контакты; 4 – ротор с храповым колесом; 5 – барабан; 6- обмотка электромагнита; 7 – контактная группа; 8 - якорь


Рисунок 1.32 – Шаговый искатель ШИ-17


^ Фотоэлектрические реле состоят из фотоэлемента (воспринимающего элемента), усилителя и выходного электромеханического реле. Фотоэлемент преобразует падающий на него световой поток в изменении сопротивления или ЭДС.

Фотореле применяют в системах автоматического контроля и регулирования различных величин и параметров (температуры, уровня, размеров и т.д.), изменение которых приводит к изменению светового потока. На рисунке 1.33, а приведена схема фотореле с фоторезистором BLR и электромагнитным реле К1 и К2, которая срабатывает при освещении BLR. В цепь фоторезистора включено слаботочное реле постоянного тока К1 выполняющее функции промежуточного усилителя и управляющее более мощным выходным реле К2. При затемнении BLR его сопротивление велико, поэтому ток в цепи катушки реле К1 имеет малую величину и реле К1 отключается, а следовательно и отключается выходное реле К2.





Рисунок 1.33 – Схемы фотореле на фоторезисторе (а) и фотодиоде (б)


Фоторезисторы имеют малые габаритные размеры и массу, высокую чувствительность и надежность. Однако они более инерционны, чем другие фотоэлементы. При использовании в фотореле в качестве выходных элементов электромеханических реле, время срабатывания которых значительно, инерционность фоторезисторов не имеет существенного значения. В то же время фоторезисторы имеют большую мощность рассеяния, что позволяет получать простые и надежные схемы фотореле.

В схеме фотореле с фотодиодом, рисунок 1.33, б в качестве промежуточного усилителя используют полупроводниковый усилитель на транзисторе VT , в коллекторную цепь которого включена катушка выходного реле К. При затемнении фотодиода BLD, включенного в цепь в непроводящем направлении, его сопротивление велико и, следовательно, транзистор VT заперт. Выходное реле при этом обесточено и сигнал на выходе отсутствует. При освещении фотодиода его сопротивление в непроводящем направлении уменьшается во много раз, что обуславливает возникновение тока в цепи базы. Транзистор отпирается, и возникающий ток в цепи коллектора обеспечивает срабатывание выходного реле и появление сигнала на выходе. Диод VD защищает транзистор VT от перенапряжений при его запирании. Фотодиоды, как и все полупроводниковые элементы, достаточно надежны, имеют малые размеры и большую чувствительность, чем фоторезисторы и другие фотоэлементы.


24-standarti-np-ats-a-v-tatarnikov-rukovoditel-razrabotki-s-v-sokolov-otvetstvennij-ispolnitel.html
24-strukturno-logicheskaya-shema-modulya-1-metodicheskie-rekomendacii-k-izucheniyu-disciplini-i-k-organizacii-samostoyatelnoj.html
24-sushnost-marketinga-i-ego-osnovnie-ponyatiya.html
24-tebe-govoryashemu-chto-bonzi-horosho-zhivut-instrukciya-dlya-dzadzen-12-dzadzen-yodzinki.html
24-ten-margiani-kniga-pervaya.html
24-tipovaya-tehnologicheskaya-instrukciya-po-zapolneniyu-polej-bibliograficheskogo-formata-marc-21-usmarc-dlya-neperiodicheskih-izdanij-v-uzlah-kspbm-2b-okio.html
  • spur.bystrickaya.ru/kriminologicheskij-analiz-latentnoj-prestupnosti.html
  • essay.bystrickaya.ru/dinamika-uchastiya-i-pobed-uchashihsya-shkoli-v-olimpiadah-i-konkursah-municipalnoe-obsheobrazovatelnoe-uchrezhdenie.html
  • teacher.bystrickaya.ru/glava-4-gendernie-aspekti-professionalnoj-deyatelnosti-i-obshie-differencialno-psihologicheskie-aspekti-professionalnoj.html
  • universitet.bystrickaya.ru/tema-13-upravlenie-finansovimi-rezultatami-deyatelnosti-predpriyatij-1-sushnost-i-funkcii-deneg-denezhnoe-obrashenie.html
  • turn.bystrickaya.ru/organizaciya-kaznachejskoj-sistemi-ispolneniya-byudzheta-chast-9.html
  • studies.bystrickaya.ru/as-pushkin-20-chas-rabochaya-programma-po-literature-5-9-klassi.html
  • knowledge.bystrickaya.ru/nekotorie-priemi-kniga-adresovana-vsem-zanimayushimsya-prodazhami-ot-menedzherov-visshego-zvena-do-torgovih-agentov-i-prodavcov.html
  • paragraph.bystrickaya.ru/metodicheskie-rekomendacii-po-vipolneniyu-referatov-po-discipline-municipalnaya-sluzhba-i-kadrovaya-politika.html
  • lecture.bystrickaya.ru/99942-apophis-2004-mn4-approach-to-the-earth-in-2029-sankt-peterburgskij-nauchnij-centr-vserossijskaya-konferenciya.html
  • universitet.bystrickaya.ru/sroki-ispolzovaniya-razlichnih-form-kontrolya-znanij-primer-rabochaya-programma-po-uchebnoj-discipline-finansi-i.html
  • thescience.bystrickaya.ru/iv-chrezvichajnie-dohodi-i-rashodi-ezhekvartalnijotche-t-emitenta-emissionnih-cennih-bumag-za-ii-kvartal-2003-g.html
  • bukva.bystrickaya.ru/uchebno-metodicheskij-kompleks-disciplini-modulya-po-discipline-patologicheskaya-anatomiya.html
  • upbringing.bystrickaya.ru/lavuaze-antuan-loran.html
  • literature.bystrickaya.ru/chast-vtoraya-otkrovenie-dushi-viktor-yurevich-kuvshinov.html
  • kontrolnaya.bystrickaya.ru/rabochej-programmi-uchebnoj-disciplini-standartizaciya-i-sertifikaciya-v-industrii-turizma-uroven-osnovnoj-obrazovatelnoj-programmi.html
  • report.bystrickaya.ru/klassifikator-vidov-deyatelnosti-stranica-5.html
  • learn.bystrickaya.ru/glava-dvenadcat-dzh-edvard-griffin-mir-bez-raka-istoriya-vitamina-v17-preduprezhdenie-cel-etoj-knigi-sostoit-v.html
  • pisat.bystrickaya.ru/spravochnik-ob-uchrezhdeniyah-nachalnogo-i-srednego-professionalnogo-obrazovaniya-g-kalugi.html
  • spur.bystrickaya.ru/materiali-po-obosnovaniyu-shemi-territorialnogo-planirovaniya-stranica-4.html
  • nauka.bystrickaya.ru/vi-narechie-das-adverb-uchebnoe-posobie-otvetstvennij-redaktor-kandidat-filologicheskih-nauk-o-f-mironova-moskva-yurist.html
  • lektsiya.bystrickaya.ru/problema-iskusstvennogo-intellekta.html
  • education.bystrickaya.ru/11-proverka-prakticheskih-navikov-dispetchera-3-lista-rukovodstvo-po-professionalnoj-podgotovke-personala-obsluzhivaniya.html
  • studies.bystrickaya.ru/finansovij-rinok-5.html
  • pisat.bystrickaya.ru/spravochnik-rabot-i-professij-rabochih-etks-vipusk-46-razdel-shvejnoe-proizvodstvo.html
  • institute.bystrickaya.ru/glava-1-kniga-na-sajte.html
  • exchangerate.bystrickaya.ru/b-postanovleniya-russkogo-zakonodatelstva-nachala-russkogo-gosudarstvennogo-prava.html
  • shkola.bystrickaya.ru/sofi-kinsella-shopogolik-i-bebi-stranica-7.html
  • control.bystrickaya.ru/doklad-o-polozhenii-detej-v-omskoj-oblasti-v-2011-godu.html
  • tetrad.bystrickaya.ru/uchebno-metodicheskij-kompleks-dlya-studentov-specialnosti-080109-vseh-form-obucheniya-sostavitel-z-d-morozova-stranica-6.html
  • obrazovanie.bystrickaya.ru/pravil-a-razrabotki-gosudarstvennogo-doklada-o-polozhenii-detej-i-semej-imeyushih-detej-v-rossijskoj-federacii.html
  • bukva.bystrickaya.ru/tehnologiya-montazha-truboprovodov-iz-cvetnih-metallov-i-ih-splavov.html
  • teacher.bystrickaya.ru/glava-xiv-zemelnij-nalog-statya-nalogovoe-zakonodatelstvo-azerbajdzhanskoj-respubliki-nalogovoe-zakonodatelstvo.html
  • uchit.bystrickaya.ru/tematicheskie-raboti-godovoj-otchet-oao-yakutskgeofizika-za-2010-god.html
  • thesis.bystrickaya.ru/postanovlenie-ot-10-sentyabrya-2009-g-n-720-ob-utverzhdenii-tehnicheskogo-reglamenta-o-bezopasnosti-kolesnih-transportnih-sredstv-v-red-postanovleniya-pravitelstva-rf-ot-10-09-2010-n-706-stranica-24.html
  • pisat.bystrickaya.ru/struktura-dzhainskoi-obshini-obichai-kak-uzhe-ukazivalos-vsya-dzhajnskaya-obshina-razdelilas-na-dve-bolshie-sekti-digambarov-i-shvetambarov.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.