книги из ГПНТБ / Кукушкин В.К. Электромагнитные реле постоянного тока учебное пособие

циальной магнитной цепью с учетом распределения пото­ ков.

Реле с мостовой схемой магнитной цепи нашли широ­ кое распространение. По типу этих реле конструируются так называемые поляризованные преобразователи, преобра­ зующие электрический сигнал в соответствующее ему ли­ нейное или угловое перемещение.

Работа двухпозиционного поляризованного реле

Двухпозиционное электромагнитное поляризованное реле может иметь два или одно положение покоя. Необхо­ димо отметить, что реле с двумя положениями покоя может быть отрегулировано для работы с равным или частичным преобладанием.

Предположим, что магнитная система управления и рабочие воздушные зазоры симметричны относительно

Рис. 1.16.

При отключении тока управления после срабатывания якорь останется в новом положении и между контакта­ ми 3, 2 будет такое же контактное давление, какое было между контактами 3, 1 до срабатывания реле. Для приве­ дения реле в исходное положение необходимо к обмотке управления приложить напряжение обратного знака. При этом в зазоре 8/ результирующий магнитный поток умень­ шится, а в зазоре 3,' увеличится. Это приведет к возврату

30

якоря в исходное положение, когда контакты 3, 1 замкнуты. Из условия симметрии следует, что ток срабатывания при замыкании контактов 3, 2 будет равен току срабаты­

вании при замыкании контактов 3, 1, т. е.

В этом случае давление между контактами 3, 2 после от­ ключения тока управления будет меньше, чем давление между контактами 3, 1 в исходном положении вследствие того, что разность между поляризующими потоками в за­ зорах о/ и о./ и, следовательно, между тяговыми усили­ ями будет меньше. Ток срабатывания при замыкании кон­

Рис. 1.17.

31

случае, если после срабатывания реле отключить ток управ­ ления, то результирующее тяговое усилие, приложенное к якорю, будет направлено вправо и якорь вернется в исходное положение, т. е. реле отпустит. При такой регу­ лировке зазоров имеет место одно положение покоя, а само реле называется реле с полным преобладанием (в рас­ сматриваемом случае к контакту 2).

Работа трехпозиционного электромагнитного поляризованного реле

Если якорь поляризованного электромагнитного реле с дифференциальной или мостовой магнитной цепью займет среднее положение, то при отсутствии тока управления в силу симметрии результирующая электромагнитная сила, приложенная к якорю, будет равна нулю. Однако такое среднее положение неустойчиво, поскольку при любом случайном отклонении якоря возникает результирующее усилие, направленное в ту же сторону, куда он сместится.

С целью фиксации среднего положения якоря в случае трехпозиционного реле обычно применяются следующие меры:

—якорь подвешивают па упругой ленте; при повороте якоря лента закручивается, образуя момент' упругих сил, возвращающих его в исходное положение;

—якорь делают упругим, жестко закрепляя его у одно­

го конца.

Как в том, так и в другом случаях возвратные силы упругости подвеса или самого якоря должны быть больше усилий, создаваемых поляризующим потоком.

На рис. 1.18, а схематически показан якорь трехпозициониого электромагнитного реле, находящийся в состоя-

32

нии покоя в среднем положении под действием возврат­ ных сил упругого подвеса при отсутствии тока управления.

При подаче тока управления образуется поток управ­ ления, нарушающий равенство потоков в левом (8j) и пра­ вом (й2) воздушных зазорах. Если, например, поток управ­ ления направлен так, что суммарный поток в правом зазо­ ре увеличивается, а в левом уменьшается, то равнодей­ ствующая электромагнитная сила будет направлена вправо и при некотором значении тока управления контакты 3, 2 замкнутся (рис. 1.18, б) и реле сработает. С отключением тока управления реле отпустит и якорь вернется в исход­ ное (среднее) положение под действием упругих сил. При изменении направления управляющего тока якорь, переме­ щаясь в противоположном направлении, замкнет контак­ ты 3, 1.

Если неподвижные контакты 1 и 2 установлены сим­ метрично относительно OOi (рис. 1.18, а), то реле будет работать с равным преобладанием. В случае несимметрич­ ной установки неподвижных контактов возможно частич­ ное преобладание к тому или иному контакту.

Гибкий якорь так же, как и упругий подвес, использу­ ется не только в трехпозиционных поляризованных реле. Из конструктивных соображений он используется и в двух­ позиционных поляризованных реле. В этом случае упругие силы подвеса или якоря выбираются такими, что бы они были меньше электромагнитной силы поляризующего по­ тока.

33

Г Л А В А В Т О Р А Я

СИЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РЕЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА

2.1. О Б Щ Е Е В Ы Р А Ж Е Н И Е Э Л Е К Т Р О М А Г Н И Т Н О Й С И Л Ы Э Л Е К Т Р О М А Г Н И Т Н Ы Х Р Е Л Е П О С Т О Я Н Н О Г О Т О К А

В электромагнитных реле (нейтральных и поляризован­ ных) преобразование электрической энергии в механи­ ческую работу перемещения якоря и связанных с ним под­ вижных частей производится с помощью магнитного поля.

В отличие от нейтральных реле, где направление элек­ тромагнитной силы не зависит от направления потока, в поляризованном реле ее* направление определяется направ­ лением потока, созданного намагничивающей силой обмот­ ки управления, следовательно, полярностью управляющего сигнала.

При определении общего выражения электромагнитной силы будем исходить из рассмотрения поляризованного реле. При этом выражение электромагнитной силы нейтрального реле будет частным случаем решения этой более, общей задачи.

Будем полагать, что в реле имеют место управляющий магнитный поток Фх , создаваемый током гу в обмотке

электромагнита постоянного по величине и направлению тока. Намагни­ чивающая сила электромагнита определяется выражением Fn = Н с 1,а

кривая намагничивания материала электромагнита соответствует кривой размагничивания материала постоянного магнита.

34

вать ряд особенностей динамического режима работы реле,

в частности не учитывать потери на перемагничивание и вихревые токи. Отсюда следует, что характеристики В(Н) ферромагнитных участков магнитной цепи принимаются однозначными. При этом, определяя значения электромаг­ нитных сил в поляризованном реле, обычно пользуются основными кривыми намагничивания.

Обозначим через / э величину обобщенной электромаг­

нитной силы, а через х —обобщенную координату поло­ жения якоря реле. При этом под обобщенными силой и координатой следует понимать как силу, гак и момент, а также линейное и угловое перемещения соответственно в зависимости от характера движения якоря.

Координата перемещения х выбирается таким образом, чтобы работа, совершаемая электромагнитной силой на элементарном перемещении якоря, была равна

в период переходного процесса можно написать уравнение электрического равновесия в следующем виде:

где U — напряжение, приложенное к обмотке управления;

35

ry —активное сопротивление обмотки управления;

iv— мгновенное значение тока, протекающего по об­ мотке управления;

ф- - суммарное потокосцеиление обмотки управления.

Преобразуем уравнение (2.2) в уравнение энергетиче­ ского баланса, для чего правую и левую часть его умно­ жим на iy dt:

Левая часть уравнения (2.3) представляет собой энер­ гию, поступающую в обмотку управления от источника управляющего сигнала. Первый член правой части (iy -ry dt)

является энергией, расходуемой на джоулевые потери в обмотке управления wy , а второй (iy dty) - - частью энергии

источника управляющего сигнала, преобразуемой в другие виды энергии, в том числе в энергию движения якоря.

Учитывая предположение о малости потерь па гистере­ зис и вихревые токи, можно считать, что вся энергия iyd’b

преобразуется в энергию магнитного поля dW и механи­ ческую работу электромагнитной силы на элементарном участке перемещения якоря

Суммарное потокосцеиление обмотки управления ф можно представить в виде двух составляющих: потокосцепление, создаваемое потоком управления фу и потоко-

сцепление поляризующего потока фп

Потокосцепление обмотки управления, образуемое про1текающим по ней током управления фу, зависит не только

от тока управления iy , но также и от положения якоря х,

поскольку при изменении дс изменяется магнитное сопро­ тивление отдельных участков магнитной цепи. Следова­ тельно,

В конструкции поляризованных реле обычно преду­ сматривается одно из двух положений:

1)участки магнитной цепи, по которым протекают по­ ляризующий и управляющий потоки, ненасыщены;

2)управляющий поток весьма мал по сравнению с по­ ляризующим *> .

*) Нередки конструкции, в которых имеют место и первое и второе

положения.

36

При выполнении одного из этих условий ^или обоих вместе) магнитная проницаемость р ферромагнитных участ­ ков магнитной цепи становится независимой от напряжен­ ности магнитного поля. Поскольку принято, что величи­ на и не зависит от напряженности поля, можно пользо­ ваться принципом наложения и считать, что намагничи­ вающая сила, образующая поляризующий поток, не зави­ сит от намагничивающей силы обмотки управления (т. е. от тока управления). Следовательно, потокосцепление обмот­ ки управления с поляризующим потоком фп также не зави­

сит от тока управления. Поэтому в дальнейшем будем полагать, что фп зависит только от положения якоря и не

зависит от тока управления:

Учитывая вышеизложенное, выражение (2.5) примет вид

При тех допущениях, которые были сделаны в поста­ новке задачи (отсутствие необратимых процессов, весьма медленное перемещение якоря, малое значение магнитной индукции в стали), энергия магнитного поля двух взаимо­ связанных контуров с током (в нашем случае контура по­ тока управления и поляризующего потока) в соответствии с принятыми обозначениями определится выражением

функцией тока управления и потокосцепления фу ; второй

где Wy —•энергия магнитного поля, обусловленного током

в обмотке управления. В нее входит как энергия поля, создаваемого только током в обмотке управления, так и энергия, обусловленная связью поляризующего и управляющего магнитных по­ лей.

37

UCn —энергия поляризующего магнитного поля

Однако, учитывая, что Уу = бу (/у, л-), энергию Wy можно представить как

Необходимо иметь в виду, что выражению энергии магнитного поля Wy можно придать иной вид. Для этого

используем выражение == '1>у (iy . х ). Из него следует,

что ток управления может быть представлен в виде функ­ ции потокосцепления и положения якоря

Если это выражение подставить в (2.14), то можно по­ лучить зависимость вида

Выражения (2.14) и (2.16) с точки зрения количествен­ ных соотношений равнозначны вследствие допущения об однозначности потокосцепления, созданного током управ­ ления при неподвижном положении якоря Ду (гу , х = const).

Использование этих выражений определяется по существу стремлением упростить применяемый .математический ап­ парат.

Например, при рассмотрении электромагнитной силы в случае, когда движение якоря осуществляется при постоян­ ном потокосцеплении (<Ьу = const), целесообразно исполь­

зовать выражение (2.16); в случае же движения якоря реле при постоянном токе управления (гу = const) — выраже­

ние (2.14).

Следует отметить, что случаи движения якоря при условии сохранения постоянным потокосцепления оу и при

условии сохранения постоянным тока управления гу явля­

ются наиболее характерными из всех возможных случаев изменения тока и потокосцепления обмотки управления. Их анализ позволяет определить общий характер измене­ ния электромагнитной силы в поляризованном реле и уста­ новить необходимые зависимости для ее количественного определения.

Энергию поляризованного магнитного поля Wn , вслед­ ствие принятого допущения о малости управляющего по­

38

тока по сравнению с поляризующим или ненасыщенности магнитной цепи, можно полагать независимой от тока управления. Следовательно,

Таким образом, энергия магнитного поля может быть определена одним из следующих выражений:

Рассмотрим действие электромагнитной силы в случае движения якоря при условии сохранения постоянным потокосцепления, созданного током управления фу = const.

Из выражения (2.19) определим полный дифференциал энергии магнитного поля

gonst и х = const, будем иметь следующие соотношения:

39