Глава 5. Переходные процессы в электромагнитных реле постоянного тока

5.1. Переходные процессы

Характер переходных процессов при срабатывании и обесточивании реле определяется тем, что реле является индуктивной на­грузкой. Эти процессы усложняются из-за изменения воздушного зазора между якорем и сердечником при движении якоря и вследст­вие изменения индуктивности реле.

Статическую индуктивность определяют из соотношения:

LІ = wФ. Пренебрегая потоками утечки и потерями МДС в стали, будем считать, что Ф = Ф_в, Iw=lw_e, w=w_e, где w_e - часть витков обмотки, которые создают рабочий поток.

Тогда

L=w^.Ф_в / I=w I w_e G_e / I = w I w G_e / I =w²G_e. (5.1)

Выражение(5.1) можно использовать для приближенного расче­та индуктивности. Из чего следует, что индуктивность реле при при­тянутом якоре больше чем при отпущенном, так как G_eприт > G_eотп. Поэтому и постоянная времени реле τ = L/R при притянутом якоре больше, чем при отпущенном.

Для срабатывания реле при нажатии кнопки S1 (рис. 5.1, а) справедливо урав­нение,

, (5.2)

где L — индуктивность реле при отпущенном якоре. Из уравнения (5.2)

, (5.3)

I_р — установившийся (рабочий) ток; τ — постоянная времени реле при ощущенном якоре.

График функции (5.3) представляет собой возрастающую экспо­ненту (штриховая кривая ас на рис. 5.1,6). По этой кривой ток в реле возрастает, если в случае притяжения якоря не изменяются воздуш­ный зазор и индуктивность реле. Фактически ток изменяется по кривой oabc. Участок кривой оа соответствует нарастанию тока по экспоненте с постоянной времени τ до начала трогания якоря (точка а). Участок ab соответствует движению якоря. При этом воздушный зазор уменьшается, индуктивность реле возрастает, магнитный по­ток резко увеличивается. В обмотке реле появляется противоЭДС, задерживающая нарастание тока. Но якорь не останавливается, так как для его дальнейшего движения (при уменьшенном зазоре) до­статочен меньший ток. Участок be отражает изменение тока после остановки якоря (точка b) до установившегося значения I_р по экспо­ненте с постоянной времени τ'=L'/R, где L', τ' — соответственно индуктивность и постоянная времени реле при притянутом якоре.

Время притяжения якоря реле t_пр складывается из времени тро­гания t_тр и времени движения t_дв якоря реле: t_пр = t_тр + t_дв.

Обычно t_тр » t_дв, и можно считать, что t_пр ≈ t_тр. В выражении (5.3) примем I=I_тр, t= t_тр. Тогда

или

После логарифмирования и преобразования этого выражения получим формулу для определения времени трогания якоря:

(5.4)

Из выражения (5.4) следует, что время притяжения якоря возра­стает при увеличении τ, т.е. при росте индуктивности реле; время притяжения уменьшается с увеличением рабочего тока (напряже­ния).

Обесточить реле можно размыканием цепи ключом S1 (см. рис. 5.1, а) или шунтированием обмотки ключом S2. Рассмотрим второй способ. Уравнение переходного процесса:

а его решение

. (5.5)

График функции (5.5) есть убывающая экспонента (линия deg на рис. 5.1, б). По этой кривой ток убывает, если при отпускании якоря не изменяются воздушный зазор и индуктивность реле. Фактически ток изменяется по кривой defg. Участок de соответствует уменьше­нию тока по экспоненте с постоянной времени τ до начала трогания якоря (точка е). Участок ef соответствует движению якоря. При этом воздушный зазор увеличивается, индуктивность реле уменьшается и магнитный поток резко убывает. Поэтому в обмотке реле возника­ет противоЭДС, задерживающая убывание тока. Участок fg отра­жает убывание тока до нуля по экспоненте с постоянной времени τ (после остановки якоря — точка /).

Итак, t_отп = t_тр + t_дв t_тр. Подставим в выражение (5.5) значе­ния I=I_тр, t=t_тр.

Тогда

(5.6)

Из выражения (5.6) следует, что время отпускания возрастает при увеличении τ′, т. е. при увеличении индуктивности реле; время отпускания возрастает при увеличении рабочего тока (напряже­ния).

Временные и электрические параметры некоторых нейтральных реле железнодорожной автоматики приведены в табл. 5.1.

Таблица 5. 1

Параметр	НМШ1-2000	НМШМ1-1500	РЭЛ 1	РЭЛ1М	НМШ1-4000	КДРШ5-М
Напряжение, В:
притяжения, не более	16	16	16	14	7,5	6,8
отпускания, не менее	6 - 9	5	5	4	2	0.6
Время отпускания, с	-	0.2	-	-	0.6	0.4