Глава 4. Электромагнитные нейтральные реле постоянного ток а

4.1. Механическая характеристика реле

Работу реле определяют две характеристики - механическая и тяговая. Рассмотрим механическую характеристику на примере реле НМШ (рис. 4.1). Основными частями этого реле являются: обмотка 10, сердечник 7, ярмо 1, якорь 6, груз 9 для возвращения якоря в отпущенное положение, антимагнитный штифт 8 высотой δ₀, контактная тяга 4 с верхним 3 и нижним 2 штифтами, контактная система 5. Когда якорь реле отпущен, воздушный зазор равен δ, а когда притянут, то δ₀.

Механической характеристикой реле называется зависимость механических усилий, преодолеваемых при перемещении якоря, от значения хода якоря: f_м = φ(δ).

Притяжению якоря препятствуют масса якоря и груза Q, сопротивление упругих контактных пружин и силы трения. Механическая характеристика реле НМШ (рис. 4.2) имеет вид ломаной линии abcd и может быть построена экспериментально или в результате расчета.

В исходном положении, когда якорь реле отпущен, под действием силы Q (см. рис. 4.1) верхний штифт 3 контактной тяги давит сверху вниз на пружину О и изгибает ее, чем создается контактное нажатие на тыловом контакте. Точка а (см. рис. 4.2) соответствует началу движения якоря. При этом воздушный зазор равен 6, и требуется приложить к якорю силу Q. Участок ав характеристики соответствует первому этапу движения якоря, когда контактная тяга 4 (см. рис. 4.1) поднимается вверх и выпрямляется пружина О. Для этого требуется приложить силу f₁ (см. рис. 4.2) и якорь перемеща­ется на расстояние δ₁. Затем нижний штифт 2 (см. рис. 4.1 ) подхва­тывает снизу пружину О и перемещает ее вверх до замыкания фрон­тового контакта. Этому соответствует участок bс (см. рис. 4.2). Участок cd соответствует совместному изгибу вверх пружин О и Ф, чем обеспечивается контактное нажатие на фронтовом контакте.

Механическая характеристика необходима для расчета пара­метров электромагнита реле. Тяговое усилие f_э, развиваемое элек­тромагнитом, должло быть больше силы f_м, препятствующей притяжению якоря, при всех значениях δ. Это условие срабатывания реле:

f_э > f_м. (4.1)

4.2. Особенности магнитной цепи реле

Обозначим через Ф_в магнитный поток в воздушном зазоре (рис. 4.3). Его еще называют рабочим потоком, так как он непосредственно создает тяговое усилие. По длине сердечника магнитный поток изменяется из-за наличия потоков утечки Ф_у, замыкающихся между горизонтальной частью ярма и сердечником. Максимальный поток наблюдается у основания сердечника:

Ф₀ = Ф_в + Ф_у. (4.2)

Магнитная цепь реле имеет переменный воздушный промежу­ток. Так как магнитная проводимость воздуха G_в, значительно мень­ше магнитной проводимости стали G_ст, то магнитный поток Ф_в в основном определяется проводимостью G_в.

Если отношение площади сечения сердечника S к ходу якоря δ больше 10, то можно считать, что в воздушном зазоре создается равномерное магнитное поле, и с погрешностью, не превышающей 5 %, можно использовать выражение:

G_в = μ₀^.S/ δ, (4.3)

где μ₀ = 4π^.10^-7 Гн/м - магнитная проницаемость воздуха.

Удельная магнитная проводимость для потоков утечки между круглым сердечником и ярмом

(4.4)

где а - расстояние между сердечником и ярмом; r - радиус сердечника.

Полный поток утечки для конструкции магнитной цепи с поворотным якорем можно определить, используя экспериментальную формулу, отражающую закон изменения магнитного потока в сердечнике. Тогда поток в сердечнике на расстоянии х от основания

Ф_х = Ф₀ - сх², (4.5)

где с - постоянная величина.

Продифференцируем выражение (4.5):

dФ_х = - 2cxdx. (4.6)

Приращение потока утечки на элементарном участке dx на расстоянии х от основания сердечника

dФ_yх = Iw_xgdx, (4.7)

где I_wх - МДС электромагнита для сечения х.

Так как приращение потока утечки равно убыванию основного потока, то dФ_yх = - dФ_x, а из выражения (4.6) и (4.7) получаем:

Iw_xgdx = 2cxdx или Iw_x = 2cx/g. При х = l₃Iw_x = Iw_в = 2cl₃/g,

отсюда

(4.8)

Подставим выражение (4.8) в (4.7):

(4.9)

Тогда

(4.10)

Максимальный поток

(4.11)