книги из ГПНТБ / Поне Ю.П. Расчет и конструирование аппаратуры проводной связи учеб. для техникумов

контактной группы) дает рост нагрузки по прямой гд. Когда упо­ ром якоря изгибаются обе пружины (для надежности контакта) нагрузка на якорь продолжает расти по прямой де, где и дости­ гает максимальной величины.

Полученная ломаная линия характеризует зависимость дав­

Эта кривая имеет вид ломаной линии, поскольку нагрузка на якорь растет не плавно, а скачкообразно — в моменты натяжения возвратной пружины, изгиба рабочей пружины, изгиба одновре­ менно двух пружин и т. д.

Как известно, электромеханическая сила притяжения элек­

соприкосновения сердечника и якоря; i i 0 — магнитная постоянная. Если в формуле (7.2) В выражено в теслах (Т) или в квадратных веберах на квадратный метр (Вб2 /м2 ), a S — в квадратных метрах, то р 0 — 4я-10~7 генри на метр (Г/м). Сила F в этом случае вы­

разится в ньютонах (Н).

Так как магнитный поток Ф равен произведению магнитной индукции В на площадь S соприкосновения сердечника и якоря,

Таким образом, для определения силы притяжения необхо­ димо знать Ф и 5; величину S практически можно считать равной площади поперечного сечения конца сердечника электромагнита. Магнитный поток определяется по закону Ома для магнитной цепи по формуле

150

где — междужелезное пространство, м; |л,0 =4я-10~7 , Г/м; 5 — площадь поперечного сечения, м2 ; [il — относительная магнитная проницаемость воздушного зазора, равная единице.

Подставив значение £/м и RM в формулу (7.5), получим

а заменив Ф его значением, перепишем формулу (7.4) в следующем виде

f = tf(-^)' (7.8)

Из этой формулы видно, что сила притяжения якоря электро­ магнита прямо пропорциональна квадрату числа ампер-витков и обратно пропорциональна квадрату величины воздушного зазора.

Зависимость силы притяжения якоря электромагнита к сердеч­ нику от количества ампер-витков катушки при постоянном зна­

от величины междужелезного пространства при постоянном коли­

Электромагнит сработает полностью только тогда, когда сила притяжения якоря на всем пути его перемещения превысит про­ тиводействующую силу механической нагрузки. Поэтому элек­ тромеханические характеристики (нагрузочная и тяговая), соот­ ветствующие ампер-виткам срабатывания электромагнита, должны лежать выше его механической характеристики (рис. 7.1). Отпу­ скание якоря происходит при обратном условии.

§ 7.3. Устройство и принцип действия

электромагнитных реле

Виды электромагнитных реле. В зависимости от рода управ­ ляющего тока различают реле постоянного и реле переменного тока. В зависимости от физической величины, побуждающей реле срабатывать, их подразделяют на реле тока, напряжения, мощ­ ности и т. д. В зависимости от величины мощности, потребляемой при срабатывании, реле можно разделить на чувствительные (до 0,1 Вт) и нормальные (более 0,1 Вт). Кроме того, электрома­ гнитные реле подразделяют в зависимости от величины коммути­ рованной мощности (определяемой током, проходящим через зам­ кнутые контакты реле, и напряжением на разомкнутых контактах), времени действия (срабатывания и отпускания), назначения, вы­ полняемых функций и т. д.

151

В этой главе рассматриваются в основном только электрома­ гнитные реле малой и средней мощности, применяемые главным образом в коммутационной аппаратуре проводной связи. Это реле: а) нейтральные; б) поляризованные или телеграфные; в) на магнитоуправляемых контактах.

ческий сигнал, корпуса 2, сердечника 9, изготовленного из мягкой стали, и подвижного стального якоря 7. Через систему рычагов и толкателей 5 движение якоря пере­ дается наЛ'контактную систему 4.

Последняя состоит из*контактов, непосредственно осуществляющих

коммутацию электрической цепи, контактных пружин и их держателей, укрепленных в изоляторе 3. При протекании по об­ мотке электрического тока возникает магнитное поле. Магнитный поток, проходящий в зазоре между якорем и сердечником, создает магнитную силу притяжения якоря. Если магнитная сила при­ тяжения превышает механические силы, удерживающие якорь, то последний притягивается к сердечнику и при помощи передаю­ щей системы осуществляет замыкание контактов. В размыкании контактов участвует возвратная пружина 6 и штифт (или пластина) отлипания 8.

Действие рассматриваемой конструкции реле не зависит от полярности подаваемого на обмотку напряжения (тока).

Реле, реагирующие на полярность управляющего напряжения, называются п о л я р и з о в а н н ы м и . В них используется взаимодействие магнитного потока электромагнита с потоком постоянного магнита (рис. 7.3). Магнитный поток Ф 0 , создаваемый постоянным магнитом, разветвляется по обеим половинам магнитопровода на потоки Фо и Фо, которые имеют взаимно противо­ положные направления. Когда якорь находится в среднем (ней­ тральном) положении, то потоки Фо и Фо и создаваемые ими тя­ говые усилия равны друг другу, взаимно компенсируются, и якорь находится в устойчивом положении.

152

Ток, проходя по обмотке, создает магнитный поток Фэ . В одной половине магнитопровода магнитный поток электромагнита (до­ пустим, Фо) направлен встречно потоку постоянного магнита, в другой -— он суммируется с потоком постоянного магнита. Так как тяговое усилие, создаваемое суммарным магнитным потоком Ф э и Фо, превышает усилие, создаваемое разностным потоком, то якорь притягивается к тому полюсу, по которому проходит сум­ марный магнитный поток. При изменении полярности тока в об­ мотке изменяется и направление магнитного потока Фэ . Это вызывает переключение (перемещение) якоря в обратном направ­ лении.

такт МК; 4 — торцовая крышка; 5 — лакоткань

Таким образом, поляризованное реле характеризуется: а) на­ личием двух источников магнитодвижущей силы; б) перемещением якоря в рабочее положение или в положение покоя под влиянием совместного действия поляризующего и управляющего магнит­ ных потоков; в) зависимостью направления перемещения якоря от направления тока, протекающего через обмотку реле.

в зазоре между ними возникает магнитная сила притяжения. Когда сила притяжения превышает силу упругости, контактные пружины замыкаются, образуя электрический контакт. Реле выпускаются с одним или несколькими магнитоуправляемыми контактами, что позволяет получать необходимые сочетания кон­ тактных групп.

К основным преимуществам реле с магнитоуправляемыми контактами относятся: а) простота конструкции и отсутствие механической передающей системы; б) высокая надежность кон­ тактирования, особенно при малых токах (в баллоне создаются оптимальные окружающие условия для работы контактов); в) бы­

изготовления.

153

Но у реле с магнитоуправляемыми контактами имеются и не­ достатки. Поскольку отвод тепла из них затруднен, применять их для управления сильными токами не следует, а максимальное число срабатываний, которые выдерживает геркон, сильно зависит от величины и характера нагрузки на контакты.

Области применения электромагнитных реле. Отечественные электромагнитные реле постоянного тока отвечают многим тре­

от постоянного и переменного тока и предназначены в основном для схем управления питающими и сигнальными цепями в ап­ паратуре связи и автоматики; они обладают большой электриче­ ской прочностью, их контактная система допускает коммутацию токов значительной мощности. Недостатками этих реле являются сравнительно большие размеры и масса. МКУ-48-К изготовляются с основанием и съемным чехлом, а МКУ-48-0 — без них. Модифи­ кация МКУ-48-С наиболее устойчива к климатическим воздей­ ствиям.

Р е л е Р К М - 1 (с круглым сердечником, малогабаритные) предназначены для коммутации цепей постоянного и переменного тока в переносной и стационарной аппаратуре связи и автоматики, работающей в разнообразных климатических условиях. Реле имеют сравнительно небольшие размеры и стоимость,

Р е л е Р К М П (с круглым сердечником, малогабаритные для полевых условий) используются в нестационарной аппаратуре для работы в условиях значительных колебаний температуры и влажности окружающей среды. Реле обладают повышенной элек­ трической прочностью. Реле РКМП и РКМП-2 выпускаются без чехла, реле РКМП-1 — со съемным стальным чехлом.

Р е л е Р П Н (с плоским сердечником, нормальных габаритов) наиболее часто употребляются для стационарной коммутационной аппаратуры, работающей в нормальных климатических условиях. Реле удовлетворяют большому числу требований и отличаются очень широкой номенклатурой паспортов. Однако реле этого типа не могут использоваться при низких температурах, в условиях вибраций, ускорений и тряски. Выпускается несколько разновид­ ностей реле РПН: с вольфрамовыми контактами для коммутаций больших токов (2—3 А); рассчитанное на повышенное напряжение (до 220 В); переменного тока.

Р е л е Р Э С-9 обладают малыми габаритами, значительным быстродействием, высокой устойчивостью к климатическим воз­ действиям и вибрациям. Реле заключены в несъемный цилиндри­ ческий алюминиевый чехол, в основание запрессовано восемь выводных штырьков для включения в печатную схему.

Р е л е РЭС - 10 обладают малыми габаритами и массой, снаб­ жены несъемными пылезащитными алюминиевыми чехлами, имеют пять выводных штырьков для включения в печатную схему.

154

156

ния могут выполняться разными обмотками, специально рас­ считанными для этих требований. Возможное количество обмо­ ток реле зависит от количества выводных штифтов катушки. По числу обмоток реле подразделяются на низкоомные (от несколь­ ких ом до 1000 Ом) и высокоомные (от 1000 Ом до нескольких кОм). Обмотки одного и того же типа реле могут обладать раз­ личными сопротивлениями, что зависит от конструкции катушки и ее обмоточного пространства, от марки обмоточного провода и

мощностью, необходимой для срабатывания реле. Она зависит от обмоточных данных катушки и воздействия внешних факторов. Поэтому чувствительность реле оценивается чаще всего ампервитками (Aw) срабатывания и обычно выражается через ток или напряжение срабатывания (7с р или Ucp), поскольку число витков для данного реле — величина постоянная. Этот параметр удобно использовать для сравнительной оценки различных типов реле.

нагрев катушки при длительном нахождении ее под током. Если реле предназначено лишь для кратковременного включения, то

отсчитываемое с момента подачи импульса на обмотку до замы­ кания или размыкания соответствующих контактов. Оно склады­ вается из двух составляющих: времени трогания tTp и времени движения гд в якоря (рис. 7.5). Время трогания в основном зави­ сит от постоянной времени т цепи обмотки, коэффициента запаса по току срабатывания kcp и вихревых токов в магнитопроводе. Аналитически эта зависимость имеет вид

где tB — составляющая времени трогания за счет вихревых токов.

К о э ф ф и ц и е н т з а п а с а н а с р а б а т ы в а н и е kcp представляет собой отношение рабочих ампер-витков к ампер-вит­

кам паспортным. Рабочие ампер-витки, т. е. ампер-витки, полу­ чаемые реле в действующей схеме, должны отличаться от указан-

157

ных в паспорте ампер-витков настолько, чтобы обеспечить не­ обходимую надежность работы реле при колебаниях напряжения батареи, при изменениях нагрузки якоря, связанных с нарушением регулировки в процессе эксплуатации, при увеличении сопротив­

силами электромагнитного притяжения Мэ и механической на­ грузки Мм на якорь. Приближенно оно равно

Время срабатывания различных контактов одного и того же многоконтактного реле неодинаково. Оно зависит от конструкции, количества, сочетания и регулировки контактов. Размыкание нормально замкнутых контактов происходит раньше, чем замы­ кание разомкнутых. В контактных системах пакетного типа нижние контакты замыкаются и размыкаются обычно быстрее верхних.

В р е м я о т п у с к а н и я р е л е t0 определяется как время, проходящее с момента снятия напряжения с обмотки до размы­ кания (замыкания) контактов. Оно складывается также из двух

Нормальные электромагнитные реле имеют время срабатыва­ ния и отпускания в пределах 5—50 мс. У поляризованных реле оно равно 1—3 мс.

158

и диапазонами коммутируемых токов и напряжений в пределах этой мощности.

Величина мощности и диапазоны коммутируемых токов и на­ пряжений в свою очередь зависят от конструкции контактной

вается температурой нагрева, при которой механическая проч­ ность материала контактов начинает уменьшаться, дугообразованием контактов и их износоустойчивостью.

Исходя из температурных режимов работы контактов, макси­

ством. Под к о н т а к т н ы м э л е м е н т о м понимается сово­ купность контактных пружин, которые могут иметь между собой электрический контакт. Пружины одного контактного элемента изображаются на принципиальных схемах совместно. Некоторые разновидности контактных элементов'показаны на рис. 7.6.

можно заменить совместно используемыми контактными элемен­ тами з и р. Количество контактных пружин является важнейшим параметром реле, определяющим возможное число коммутируе­ мых цепей.

Величина емкости характеризует степень шунтирования нагрузки и паразитных связей между коммутируемыми и соседними це­ пями. С увеличением емкости и частоты коммутируемого тока уменьшается емкость и увеличивается индуктивное сопротивление цепи контактов. У обычных реле емкость в цепи контактов равна

159