Что такое ярмо в реле

Электромагнитные реле

В нашем интернет магазине вы найдете большой выбор различных типов реле:

Электромагнитным реле принято считать устройство, в котором происходит замыкание/размыкание контактов при прохождении через обмотку реле электрического тока. При подаче тока в обмотку катушки ферромагнитный сердечник намагничивается и притягивает ярмо якоря, которое механически воздействует на контактную группу. В исходном положении якорь удерживается пружиной, сопротивление которой преодолевается при намагничивании сердечника. Существенным недостатком электромагнитного реле является наличие подвижной контактной группы.

Для улучшения контакта между пластинами на них наплавляют специальные утолщения из токопроводящих материалов. Однако, после многократных срабатываний реле, появляющийся нагар металлов и увеличивающийся зазор ухудшают электротехнические характеристики реле. Наличие механической возвратной пружины увеличивает время срабатывание и не позволяет существенно уменьшить внешние размеры электромагнитного реле.

Частично, эти проблемы решает применение герконового реле. В этих устройствах контактная группа также состоит из упругих металлических пластинок, взаимодействие между которыми приводит к замыканию или размыканию сети. Для предотвращения окислительных процессов на контактирующую поверхность напыляют золото или радий. Саму контактную группу помещают в небольшой стеклянный баллончик со смесью азота и инертного газа. При прохождении тока через обмотку геронового реле, под действием возникающего магнитного поля, контакты замыкаются.

При прекращении прохождения электрического тока, под действием упругих сил контактных пружин они размыкаются. К недостаткам герконовых реле можно отнести малую мощность коммутируемых цепей, возможность самопроизвольного замыкания/размыкания, хрупкость стеклянного баллона. Используют герконовые реле в сигнальной телемеханике, всевозможных счетчиках готовой продукции, в системах охранной сигнализации.

Промышленные реле составная часть систем безопасности работы промышленного оборудования и сетей. Они используются при защите от максимального тока силовых трансформаторов, приводов электродвигателей, других агрегатов. Их устанавливают в сетях релейной защиты для срабатывания при возникновении токов короткого замыкания или возникновении токовых перегрузок при различного рода неисправностях. Реле устанавливаются в первичных и вторичных сетях, то есть могут устанавливаться напрямую в привод выключателя, как правило, в сетях до 1 кВ. Вторичные реле, через трансформатор тока, монтируются непосредственно в линии высоковольтного кабеля или на монтажные шины.

Что бы с максимальной точностью выполнить имеющуюся у вас заявку, отправьте ее на электронную. почту k-a@komplekt-a.ru. Подробности об условиях оплаты и доставки, скидках для постоянных и оптовых покупателей вам расскажут по телефонам +7 (863) 273-46-55, +7 (950) 863-4980, +7 (863) 248-91-55

Что такое ярмо в реле

Основные определения, термины
и понятия по военно-технической подготовке

• Военно-техническая подготовка
• Тактитка зенитных ракетных войск
• Боевое применение зенитного ракетного комплекса

1.11. Элементы коммутации

1.11.1. Переключательные элементы.

Реле — электрическое или электронное устройство (ключ), предназначенное для замыкания или размыкания электрической цепи при заданных изменениях электрических или неэлектрических входных воздействий.

Обычно под этим термином подразумевается электромагнитное реле — электромеханическое устройство, замыкающее и/или размыкающее механические электрические контакты при подаче в обмотку реле электрического тока, порождающего магнитное поле, которое вызывает перемещения ферромагнитного якоря реле, связанного механически с контактами и последующее перемещение контактов коммутирует внешнюю электрическую цепь.

Основные части электромагнитного реле: электромагнит, якорь и переключатель. Электромагнит представляет собой электрический провод, намотанный на катушку с ярмом из ферромагнитного магнитомягкого материала. Якорь это обычно пластина из магнитного материала, через толкатели воздействующая на контакты.

Рис 1. Принцип действия реле, сверху — нормальное (обесточенное) состояние реле, снизу — включённое состояние реле.
1 — электромагнит (обмотка с ферромагнитным сердечником); 2 — подвижный якорь; 3 — контактная система (переключатель).

1.11.2. Электромагнитное реле постоянного тока.

Электромагнитные реле являются наиболее распространенными из группы электромеханических реле и получили широкое применение в устройствах автоматики, телемеханики и в вычислительной технике.

Если реле используются для переключения мощных цепей тока, то они называются контакторами. Реле и контакторы являются устройствами прерывистого действия. Электромагнитные реле по роду используемого тока делятся:

• на реле постоянного тока;
• реле переменного тока.

Реле постоянного тока подразделяются:

• на нейтральные;
• поляризованные.

Нейтральные реле одинаково реагируют на постоянный ток обоих направлений, протекающий по его обмотке (т. е. положение якоря не зависит от направления тока в обмотке реле). Поляризованное реле реагирует на полярность сигнала. По характеру движения якоря нейтральные электромагнитные реле подразделяются на два типа:

• с угловым движением якоря;
• с втяжным якорем.

На рисунке изображены реле с угловым перемещением якоря (а) и с втягивающим якорем (б).

Рис 2. Разновидности конструктивных схем реле:
1 – каркас с обмоткой; 2 – ярмо; 3 – выводы обмотки; 4 – колодка; 5 – контактные пружины;
6 – замыкающий контакт ЗК; 7 – подвижный контакт; 8 – размыкающий контакт РК; 9 – якорь; 10 – штифт отлипания; 11 – сердечник

При отсутствии управляющего сигнала якорь удален от сердечника на максимальное расстояние за счет возвратной пружины. В этом случае одна пара контактов замкнута (размыкающие контакты РК), а другая пара разомкнута (замыкающие контакты ЗК).

Принцип действия реле, изображенного на рисунке основан на следующем: при подаче тока в обмотку (катушку) создается магнитный поток, который, проходя через сердечник, ярмо, якорь и воздушный зазор δН(0), создает магнитное усилие, притягивающее якорь к сердечнику. При этом якорь, воздействуя на колодку, перемещает ее таким образом, что контакты ЗК замыкаются, а РК размыкаются. В некоторых конструкциях реле якорь при выключении тока под действием собственного веса возвращается в исходное положение. Таким образом, электромагнитное реле состоит из трех основных частей:

• контактной системы (контактные пружины выполнены из материала нейзильбера);
• магнитопровода (ярмо, сердечник, якорь, выполненные из мягкой стали);
• обмотки (катушки).

Магнитную цепь составляют сердечник, якорь, ярмо и воздушный зазор между якорем и сердечником.

При детальном рассмотрении работы реле в процессе срабатывания и отпускания наблюдаются четыре этапа.

Этап 1 — срабатывание реле . Длительность этого этапа — время полного срабатывания tcp , т, е. от момента подачи напряжения на катушку реле до момента надежного замыкания контактов; Iтр — величина тока, при котором начинается движение якоря; tтр — время, за которое ток достигает это значение, т. е, промежуток, соответствующий началу движения якоря; Iср — ток, при котором срабатывает реле; tдв — время движения якоря при срабатывании. Таким образом, время полного срабатывания, отвечающее окончанию движения якоря.

Этап 2 — работа реле ( tраб — время работы реле). После того, как реле сработает, ток в обмотке продолжит увеличиваться, пока не достигнет установившегося значения. Впоследствии величина тока в обмотке реле остается неизменной. Отношение установившегося тока Iуст к величине тока срабатывания Iср называется коэффициентом запаса реле по срабатыванию Кзап (т. е. Кзап показывает надежность работы реле).

Этап 3 — отпускание реле . Этот период начинается от момента прекращения подачи сигнала до момента, когда ток в обмотке реле уменьшится до значения Iот . Отношение тока отпускания к току срабатывания называется коэффициентом возврата.

Этап 4 — покой реле . Это отрезок времени от момента размыкания контактов реле до момента поступления нового сигнала на обмотку реле. При быстром следовании управляющего сигнала друг за другом работа реле характеризуется максимальной частотой срабатывания (количество срабатываний реле в единицу времени).

1.11.3. Поляризованное реле.

В отличие от рассмотренных ранее нейтральных электромагнитных реле, у поляризованного реле направление электромагнитного усилия зависит от полярности сигнала постоянного тока в обмотке. Поляризация таких реле осуществляется при помощи постоянного магнита.

Существует много конструктивных разновидностей поляризованных реле, которые классифицируются по ряду признаков. По конструктивной схеме магнитной цепи различают реле с последовательной, параллельной (дифференциальной) и мостовой магнитными цепями, по числу обмоток управления – одно- и многообмоточные, по способу настройки контактов (по числу устойчивых положений якоря) различают двух- и трехпозиционные.

Поляризованные реле получили большое распространение в маломощной автоматике, особенно в следящих системах при управ­лении реверсивными двигателями.

К числу достоинств поляризованных реле относятся:

• высокая чувствительность, которая характеризуется мощностью срабаты­вания и составляет 10-5 Вт;
• большой коэффициент управления;
• малое время срабатывания (единицы миллисекунд).

К недостаткам по сравнению с нейтральными электромагнит­ными реле относятся:

• сложность конструкции;
• большие габариты, вес и стоимость.

В поляризованных реле, как было отмечено, используют дифференциальные и мостовые схемы магнитных цепей, которые имеют много разновидностей (название цепей связано с типом электрической схемы замещения электромагнитной системы). На рисунке изображено поляризованное реле с дифференциальной схемой магнитной цепи.

Рис 3. Поляризованное реле ( а ) и способы настройки контактов ( б, в ) : 1, 1’ – намагничивающие катушки; 2 – ярмо; 3 – постоянный магнит; 4 – якорь; 5, 5’ – контакты

На якорь реле действуют два не зависимых друг от друга потока: поток Фо(п) постоянного магнита, не зависящий от рабочего состояния схемы, в которую включено реле, и рабочий (управляющий) поток Фэ(р), определяемый намагничивающей силой катушки, т. е. величиной протекающего по обмотке тока. Электромагнитное усилие, действующее на якорь, определяется, таким образом, в зависимости от суммарного действия обоих потоков — Фэ(р) и Фо(п) . Изменение направления электромагнитного усилия при изменении полярности тока в рабочей обмотке происходит вследствие того, что изменяется направление рабочего потока относительно поляризующего Ф0(п).

Поляризующий поток Фо(п) проходит по якорю и разветвляется на две части — Ф01 и Ф02 — в соответствии с проводимостями воздушных зазоров слева и справа от якоря ( δл и δпр ). В зависимости от полярности управляющего сигнала рабочий поток Фэ(р) вычитается из потока Ф01 в зазоре слева от якоря и прибавляется к потоку Ф02 справа от якоря (как показано на рисунке а ), или наоборот.

В данном случае якорь перекинется из левого положения в правое. При выключении сигнала якорь будет находиться в том положении, которое он занимал до выключения сигнала. Таким образом, результирующее электромагнитное усилие, действующее на якорь, будет направлено в сторону того зазора, где магнитные потоки суммируются.

Если теперь в обмотке 1 и 1′ (см рисунок а ) подать управляющий сигнал Iср такой величины, чтобы Фэ=∆Ф ( ), то при незначительном возрастании тока якорь перебросится в правое положение, так как, очевидно, правое усилие будет больше левого.

Магнитные потоки до момента переброски якоря будут соответственно равны:

После переброски якоря в правое положение знаки ∆ Ф в указанных выражениях изменятся: если Фэ=∆Ф , то получим выражения для потоков при правом положении якоря:

После перехода якоря за нейтральную линию перераспределяющийся поток Ф0(п) создает дополнительное усилие, необходимое для перемещения якоря. Этим и объясняется, что поляризованные реле имеют незначительное время срабатывания, не превышающее нескольких миллисекунд. Кроме того, дополнительное усилие, сжимая контакты, позволяет при очень малой величине управляющего сигнала управлять относительно мощными электрическими цепями, т. е. коэффициент управления имеет значительную величину (до 5000), чего не достигает ни одно нейтральное реле.

Обычно отклонение якоря от нейтрали составляет 0,05–0,1 мм.

В поляризованном реле с мостовой схемой магнитной цепи силы притяжения якоря, включенного в одну из диагоналей мостовой схемы, действуют так же, как и в дифференциальной схеме, т. е. в воздушном зазоре с одной стороны якоря рабочий поток Фэ(р) направлен согласно с поляризующим потоком Ф0(п) , а с другой — встречно. Мостовые схемы поляризованных реле имеют более высокую стабильность параметров и устойчивость к внешним механическим воздействиям.

Рис 4. Поляризованное реле с мостовой схемой магнитной цепи.

Поляризованные реле выпускаются трех видов настройки. Реле, изображенное на рис. а , является двухпозиционным. Если неподвижные контакты 5 и 5′ симметрично расположены относительно нейтральной линии (якорь отрегулирован симметрично), то при выключении управляющего сигнала якорь реле остается в том же положении, которое он занимал при наличии управляющего сигна­ла. Повторное включение управляющего сигнала прежней полярности не вызовет изменения положения якоря. Если изменить полярность управляющего сигнала, то якорь перебросится в другое положение, например в положение 5′ , и останется в нем после снятия сигнала. Такая настройка называется нейтральной или двухпозиционной.

Если один из контактных винтов, 5 или 5′ , выдвинут за нейтральную линию (рис. б ), то реле является двухпозиционным с преобладанием к одному из контактов. При выключенном реле якорь всегда прижат к левому контакту 5 (или к правому контакту 5′ , если за нейтральную линию выдвинут левый контакт) и перебрасывается вправо лишь на время протекания в управляющей обмотке тока соответствующей полярности.

Трехпозиционное реле имеет симметрично расположенные от нейтральной линии неподвижные контакты (рис. в ). Якорь при отсутствии управляющего сигнала удерживается в среднем положении с помощью специальных пружин (с двух сторон) или закрепляется на плоской пружине, упругость которой, создает устойчивое положение равновесия в среднем положении. При подаче сигнала в управляющую обмотку контакт на якоре замыкается с левым или правым контактом (в зависимости от полярности сигнала) и возвращается в нейтральное положение после снятия сигнала.

Поляризованные реле находят широкое применение в схемах автоматики благодаря своим характерным особенностям. Наличие нескольких обмоток позволяет использовать их в качестве логических элементов, небольшая мощность срабатывания – в качестве элементов контроля небольших электрических сигналов, малое время срабатывания и чувствительность к полярности входных сигналов – в качестве амплитудных модуляторов и демодуляторов. Благодаря высокой чувствительности поляризованные реле часто используют в маломощных цепях переменного тока с включением через выпрямитель.

1.11.4. Электромагнитное реле переменного тока.

В тех случаях, когда основным источником энергии является сеть переменного тока, желательно применять реле, обмотки которых питаются переменным током. При подаче в обмотку реле переменного тока якорь будет притягиваться к сердечнику так же, как и при постоянном токе. При одинаковых конструктивных размерах реле и равных значениях максимальной индукции среднее значение электромагнитного усилия у реле переменного тока вдвое меньше, чем у реле постоянного тока.

Электромагнитное усилие меняется (пульсирует) с удвоенной частотой 2ω, обращаясь в нуль дважды за период питающего напряжения. Следовательно, якорь реле может вибрировать, периодически оттягиваться от сердечника возвратной пружиной, что вызывает дрожание якоря и, как следствие, износ оси якоря.

Реле переменного тока имеют худшие параметры, чем реле постоянного тока, так как при одинаковых размерах имеют меньшее электромагнитное усилие и менее чувствительны. Кроме того, они сложнее и дороже, поскольку необходимо иметь шихтованный магнитопровод (набранный из отдельных листов, а также применять специальные меры для устранения вибрации якоря – явление, которое нежелательно, так как может привести к обгоранию контактов, прерыванию электрической цепи и др. поэтому для ослабления вибрации принимают специальные конструктивные меры.

Рис 5. Двухфазное реле переменного тока: 1 – магнитопровод; 2 – катушка; 3 – якорь

Рис 6. Реле переменного тока с короткозамкнутым витком.

Принцип работы реле заключается в следующем. Переменный магнитный поток Фосн основной обмотки ωосн , проходя через разрезанную часть сердечника, делится на две части. Часть потока Ф2 проходит через экранированную половину полюса сечением Sδ2 , в которой размещается короткозамкнутая обмотка, а другая часть потока Ф1 проходит через неэкранированную половину полюса сечением Sδ 1. Поток Ф2 наводит в короткозамкнутом витке ЭДС( екз ), которая создает ток iкз . При этом возникает еще один магнитный поток Фкз, который воздействует на магнитный поток Ф2 и вызывает отставание этого потока по фазе относительно потока Ф1 на угол φ =60–80 0С. Благодаря этому результирующее тяговое усилие Fэ никогда не доходит до нуля, так как оба потока проходят через нуль в разные моменты времени.

1.11.5. Тепловое реле.

Тепловые реле — это электрические аппараты, предназначенные для защиты электродвигателей от токовой перегрузки. Наиболее распространенные типы тепловых реле — ТРП, ТРН, РТЛ и РТТ.

Принцип действия тепловых реле

Долговечность энергетического оборудования в значительной степени зависит от перегрузок, которым оно подвергается во время работы. Для любого объекта можно найти зависимость длительности протекания тока от его величины, при которых обеспечивается надежная и длительная эксплуатация оборудования. При номинальном токе допустимая длительность его протекания равна бесконечности. Протекание тока, большего, чем номинальный, приводит к дополнительному повышению температуры и дополнительному старению изоляции. Поэтому чем больше перегрузка, тем кратковременнее она допустима. Кривая 1 на рисунке устанавливается исходя из требуемой продолжительности жизни оборудования. Чем короче его жизнь, тем большие перегрузки допустимы.

При идеальной защите объекта зависимость tср (I) для теплового реле должна идти немного ни-же кривой для объекта.

Для защиты от перегрузок, наиболее широкое распространение получили тепловые реле с биметаллической пластиной.

Время-токовые характеристики теплового реле и защищаемого объекта.

Биметаллическая пластина теплового реле состоит из двух пластин, одна из которых имеет больший температурный коэффициент расширения, другая — меньший. В месте прилегания друг к другу пластины жестко скреплены либо за счет проката в горячем состоянии, либо за счет сварки. Если закрепить неподвижно такую пластину и нагреть, то произойдет изгиб пластины в сторону материала с меньшим. Именно это явление используется в тепловых реле.

Широкое распространение в тепловых реле получили материалы инвар и немагнитная или хромоникелевая сталь.

Нагрев биметаллического элемента теплового реле может производиться за счет тепла, выделяемого в пластине током нагрузки. Очень часто нагрев биметалла производится от специального нагревателя, по которому протекает ток нагрузки. Лучшие характеристики получаются при комбинированном нагреве, когда пластина нагревается и за счет тепла, выделяемого током, проходящим через биметалл, и за счет тепла, выделяемого специальным нагревателем, также обтекаемым током нагрузки.

Прогибаясь, биметаллическая пластина своим свободным концом воздействует на контактную систему теплового реле.

Рис 7. Устройство теплового реле: а — чувствительный элемент, б — прыгающий контакт,
1 — контакты, 2 — пружина, 3 — биметаллическая пластина, 4 — кнопка, 5 — мостик

Время-токовые характеристики теплового реле.

Основной характеристикой теплового реле является зависимость времени срабатывания от тока нагрузки (времятоковая характеристика). В общем случае до начала перегрузки через реле протекает ток Iо, который нагревает пластину до температуры qо.

При проверке времятоковых характеристик тепловых реле следует учитывать, из какого состояния (холодного или перегретого) происходит срабатывание реле.

При проверке тепловых реле надо иметь в виду, что нагревательные элементы тепловых реле термически неустойчивы при токах короткого замыкания.

Влияние температуры окружающей среды на работу теплового реле.

Нагрев биметаллической пластинки теплового реле зависит от температуры окружающей среды, поэтому с ростом температуры окружающей среды ток срабатывания реле уменьшается.

При температуре, сильно отличающейся от номинальной, необходимо либо проводить дополнительную (плавную) регулировку теплового реле, либо подбирать нагревательный элемент с учетом реальной температуры окружающей среды.

Для того чтобы температура окружающей среды меньше влияла на ток срабатывания теплового реле, необходимо, чтобы температура срабатывания выбиралась возможно больше.

Для правильной работы тепловой защиты реле желательно располагать в том же помещении, что и защищаемый объект. Нельзя располагать реле вблизи концентрированных источников тепла — нагревательных печей, систем отопления и т. д. В настоящее время выпускаются реле с температурной компенсацией (серии ТРН).

Конструкция тепловых реле.

Прогиб биметаллической пластины происходит медленно. Если с пластиной непосредственно связать подвижный контакт, то малая скорость его движения, не сможет обеспечить гашение дуги, возникающей при отключении цепи. Поэтому пластина действует на контакт через ускоряющее устройство. Наиболее совершенным является «прыгающий» контакт.

В обесточенном состоянии пружина создает момент относительно точки 0, замыкающий контакты 2. Биметаллическая пластина 3 при нагреве изгибается вправо, положение пружины изменяется. Она создает момент, размыкающий контакты 2 за время, обеспечивающее надежное гашение дуги. Современные контакторы и пускатели комплектуются с тепловыми реле ТРП (одно-фазное) и ТРН (двухфазное).

Тепловые реле ТРП.

Тепловые токовые однополюсные реле серии ТРП с номинальными токами тепловых элементов от 1 до 600 А предназначены главным образом для защиты от недопустимых перегрузок трехфазных асинхронных электродвигателей, работающих от сети с номинальным напряжением до 500 В при частоте 50 и 60 Гц. Тепловые реле ТРП на токи до 150 А применяют в сетях постоянного тока с номинальным напряжением до 440 В.

Биметаллическая пластина теплового реле ТРП имеет комбинированную систему нагрева. Пластина нагревается как за счет нагревателя , так и за счет прохождения тока через саму пластину. При прогибе конец биметаллической пластины воздействует на прыгающий контактный мостик .

Тепловые реле РТЛ.

Тепловые реле РТТ Реле тепловое РТЛ предназначено для обеспечения защиты электродвигателей от токовых перегрузок недопустимой продолжительности. Они также обеспечивают защиту от не симметрии токов в фазах и от выпадения одной из фаз. Выпускаются электротепловые реле РТЛ с диапазоном тока от 0.1 до 86 А.

Тепловые реле РТТ.

Реле тепловые РТТ предназначены для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором от перегрузок недопустимой продолжительности, в том числе возникающих при выпадении одной из фаз, а также от не симметрии в фазах.

Реле РТТ предназначены для применения в качестве комплектующих изделий в схемах управления электроприводами, а также для встройки в магнитные пускатели серии ПМА в целях переменного тока напряжением 660В частотой 50 или 60Гц, в целях постоянного тока напряжением 440В.

Реле электромагнитное

Изобретение используется в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики. Технический результат — повышение безопасности движения подвижного состава за счет повышения вибрационной устойчивости и отсутствия рассогласования заводских настроек при транспортировке реле. Реле содержит магнитную систему из П-образного сердечника, двух обмоток и якоря с прикрепленной к нему бронзовой пластиной, контактную систему, систему привода перекидных контактов, подвижную систему вместе с якорем и платформу, установленную на пластмассовом основании. Сердечник имеет вытянутую форму полюсов, на которых, вне зоны обмотки, смонтированы неподвижная система жесткого упора тыловых контактов и система колебательного движения якоря. Магнитная система установлена на платформе так, что сердечник расположен перпендикулярно основанию. На соединенном с якорем поводке системы привода перекидных контактов закреплена ведущая планка перекидных контактов с входящими в нее концами перекидных контактов. Якорь совершает колебательные движения относительно оси, совпадающей с линией контакта торца якоря, выполненного в виде призмы, с упорными пластинами, ограничивающими перемещения якоря в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Якорь притягивается к нижней поверхности сердечника вне зоны обмоток. Грузом для возврата якоря служит подвижная система привода перекидных контактов, якорь и груза, закрепленные на якоре. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромагнитным реле для устройств железнодорожной автоматики и телемеханики.

Известно электромагнитное реле с магнитной системой клапанного типа [Политехнический словарь. (Гл. Редактор А.И.Ишлинский). — М.: «Большая Российская энциклопедия», 1998 г., стр.454]. Реле состоит из ярма, выполненного в виде углом изогнутой пластины, на одной полке которой закреплен стержневой магнитопровод с установленной на нем обмоткой. К краю второй полки прикреплен поворотный якорь, на котором закреплены подвижные контакты контактной системы. Специальная пружина, прикрепленная к якорю, обеспечивает его возврат в исходное положение.

Недостаток известного устройства заключается в повышенной опасности работы, обусловленный наличием в устройстве пружин.

Известно реле РЭЛ1 [Н.Г.Капитоненко, В.Н.Сусоев, X.Г.Офенгейм. Новое реле для железнодорожной автоматики и телемеханики. — «Автоматика, телемеханика, связь». 1983 г., №7, стр.14]. Реле имеет ярмо, выполненное в виде Z-образно изогнутой пластины. Два стержня магнитопровода закреплены на одной из концевых полок ярма, к краю второй концевой полки прикреплен якорь поворотного типа. Реле имеет две независимые обмотки. Каждая обмотка размещена на двух катушках, т.е. обмотки выполнены двухсекционными. При этом катушки одной обмотки размещены на разных стержнях магнитопровода. Обе обмотки симметрично расположены относительно рабочего воздушного зазора. Возврат якоря в исходное положение обеспечивается действием веса двух специальных грузов. Контактная система установлена на основной панели ярма, ее подвижные контакты управляются якорем.

Основным недостатком указанного реле является высокая трудоемкость сборки реле, низкая технологичность. Трудоемкость обусловлена тем, что электромагнитное реле указанного назначения имеет рабочий зазор магнитной системы при притянутом положении якоря примерно 0.2 мм, что соизмеримо с суммарными допусками размеров элементов конструкции.

В патенте на полезную модель №23349 предложено данный зазор выдерживать с помощью шайбы или набора шайб, устанавливаемых на хвостовой части стержня магнитопровода и выполненных из магнитомягких материалов. Однако в целом конструкция остается сложной и громоздкой.

Известно решение конструкции электромагнитного реле по патенту №2161342, направленное на упрощение конструкции, а именно снижение количества рабочих деталей (катушек, стержней магнитопровода) при сохранении мощности, надежности и виброустойчивости. Конструктивно реле относится к малогабаритным НМШ реле третьего поколения (Сороко В.И., Милюков В.А. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник: в 2 кн. Кн.1. — 3-е изд. — М,: НПФ «Планета», 2000 — стр.305-308).

В данном электромагнитном реле, включающем ярмо, выполненное в виде Z-образно изогнутой пластины, на одной из концевых полок которой закреплен стержневой магнитопровод с двумя обмотками, к краю второй концевой полки ярма прикреплен поворотный якорь с системой грузов, обеспечивающих его возврат в исходное положение, при этом контактная система установлена на основной панели ярма, при этом обе обмотки выполнены односекционными и установлены на одном стержне магнитопровода, а в основной панели ярма выполнено окно, форма и размеры которого обеспечивают частичное заглубление обмоток в окно.

Известно электромагнитного реле типа РЭЛ четвертого поколения (Сороко В.И., Милюков В.А. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник: в 2кн. Кн.1. — 3-е изд. — М, 6 НПФ «Планета», 2000 — стр.253-256). Основные элементы реле схожи с элементами вышеописанных аналогов. Электромагнитное реле имеет пластмассовое основание, магнитную систему, содержащую ярмо в виде Z-образно изогнутой пластины, якорь, обмотки, намотанные на шпульки (катушки) и размещенные на двух сердечниках, в виде стержней, имеющих с одной стороны полюсники, с другой соединенные ярмом, стержни магнитопровода закреплены на одной из концевых полок ярма, к краю второй концевой полки прикреплен якорь поворотного типа Г-образной формы, якорь закреплен на опоре в виде призмы при помощи скобы и может свободно поворачиваться на опоре при работе реле, на одной полке якоря прикреплена бронзовая пластина, обеспечивающая зазор не менее 0,15 мм между якорем и обоими полюсниками сердечников, на второй полке прикреплен пластмассовый поводок для упругих пластин и специальный груз для возврата якоря в исходное положение силой тяжести, контактную систему, состоящую из фронтовых, перекидных и тыловых контактов, установленных в основании, и жесткого упора для тыловых контактов, установленного на горизонтальной части ярма, при этом контактирующим материалом для фронтовых контактов служат серебро — графитовые композиционные материалы. Реле имеет две независимые обмотки. Каждая обмотка размещена на двух катушках, т.е. обмотки выполнены двухсекционными. При этом катушки одной обмотки размещены на разных стержнях магнитопровода. Обе обмотки симметрично расположены относительно рабочего воздушного зазора.

К недостаткам указанного типа реле следует отнести высокую металлоемкость и большие габариты, обусловленные конструктивным исполнением реле, а именно здесь, как и в аналогах, магнитное поле магнитопровода замыкается через кинематический контакт между ярмом и якорем. Такое замыкание магнитного потока (стержень магнитопровода — ярмо — поворотный якорь) ведет к большим потерям в месте подвижного соединения якоря и ярма, поэтому чтобы притянуть якорь к концевой полке требуется увеличивать мощность реле за счет увеличения количества витков катушек.

Наиболее близким техническим решением является реле электромагнитное по патенту RU №2400856. Реле содержит пластмассовое основание, магнитную систему, состоящую из сердечников, соединенных ярмом, полюсных наконечников, обмоток, намотанных на шпули и размещенных на сердечниках, якоря с прикрепленной к нему бронзовой пластиной, обеспечивающей зазор не менее 0,15 мм между якорем и полюсными наконечниками сердечников, контактную систему, состоящую из фронтовых, перекидных и тыловых контактов, установленных в колодке, прикрепленной к основанию, и жесткого упора для тыловых контактов, систему привода перекидных контактов, состоящую из пластмассового поводка, соединенного с якорем, груза для возврата якоря, при этом оно снабжено подвижной рамой и платформой из немагнитного материала, установленной на пластмассовом основании, магнитная система в виде сердечников, полюсных наконечников, ярма и обмоток установлена в нижней части платформы из немагнитного материала таким образом, что сердечники расположены перпендикулярно упомянутой платформе, полюсные наконечники имеют вытянутую форму и отделены друг от друга немагнитным зазором шириной 1,0-2,0 мм, контактная система смонтирована на верхней части платформы из немагнитного материала и дополнительно снабжена жестким упором для фронтовых контактов, система привода установлена на подвижной раме, на нижней части платформы из немагнитного материала вместе с якорем, имеющим площадь 20-70% от суммы площадей двух полюсных наконечников, и снабжена ограничителем рабочего хода, причем пластмассовый поводок крепится к пластинам перекидных контактов в центральной зоне, а ограничитель подвижного хода системы привода перекидных контактов выполнен в виде постоянного магнита, грузом для возврата якоря являются подвижная рама и якорь. Кроме этого, якорь установлен с возможностью замыкания немагнитного зазора полюсных наконечников вне зоны обмоток и имеет вытянутую форму относительно немагнитного зазора, рама имеет подвижность за счет наличия подвижного соединения с платформой из немагнитного материала или установки ее на упругие пластины.

Недостатком данного технического решения является низкая устойчивость системы привода перекидных контактов при транспортировке реле, что приводит к рассогласованию всех заводских настроек. Данный недостаток обусловлен неустойчивой системой крепления подвижной рамы, на которой установлен якорь с основанием. Кроме этого, магнитная система не обеспечивает надлежащего усилия прижатия якоря к полюсникам сердечника, что приводит к сбоям в работе реле при наличии вибрации при прохождении поездов. Данный недостаток обусловлен большими потерями магнитного потока в полюсниках магнитной системы.

В основу изобретения поставлена задача — обеспечение безопасности движения поездов за счет повышение надежности работы реле.

В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении вибрационной устойчивости реле, в отсутствие рассогласования заводских настроек при транспортировке реле.

Поставленная задача решается заявляемым реле электромагнитным, содержащим пластмассовое основание, магнитную систему, состоящую из сердечника, обмоток, намотанных на шпули и размещенных на сердечнике, якоря с прикрепленной к нему бронзовой пластиной, обеспечивающей зазор не менее 0,15 мм между якорем и сердечником, контактную систему, состоящую из фронтовых, перекидных и тыловых контактов, и жесткого упора для тыловых контактов, систему привода перекидных контактов, состоящую из поводка, соединенного с якорем, груза для возврата якоря, подвижную систему вместе с якорем и платформу, установленную на пластмассовом основании, при этом магнитная система состоит из П-образного сердечника и двух обмоток и установлена на платформе таким образом, что сердечник расположен перпендикулярно пластмассовому основанию, сердечник имеет вытянутую форму полюсов, на которых, вне зоны обмотки, смонтирована неподвижная система жесткого упора тыловых контактов и система колебательного движения якоря, на поводке системы привода перекидных контактов закреплена ведущая планка перекидных контактов с входящими в нее концами перекидных контактов, колебательные движения якорь совершает относительно оси, совпадающей с линией контакта торца якоря, выполненного в виде призмы, с упорными пластинами, ограничивающими перемещения якоря в горизонтальной и вертикальной плоскостях, одна пластина закреплена на полюсах сердечника, вторая — на поверхности якоря, она же обеспечивает зазор при замыкании якорем сердечника, якорь притягивается к нижней поверхности сердечника вне зоны обмоток, грузом для возврата якоря служит подвижная система привода перекидных контактов, якорь и груза, закрепленные на якоре.

Новое компоновочное решение электромагнитной системы, в которой в отличие от прототипа отсутствуют полюсники, на которых размещены катушки индуктивности магнитопровода, позволило снизить потери магнитного потока при замыкании магнитной системы. Исполнение полюсов сердечника вытянутыми позволило разместить на них систему привода перекидных контактов и систему колебательного движения якоря устойчиво к вибрации и ударам, возникающим в процессе транспортировки реле. Рассогласование заводских настроек не происходит.

Изобретение иллюстрируется чертежом. На чертеже показан общий вид устройства реле. Реле имеет пластмассовое основание 1, крышку 2, магнитную систему, состоящую из сердечников 3, якоря 4, обмоток 5, намотанных на шпули 6 и размещенных на сердечнике. Сердечник 3 имеет вытянутую форму полюсов, на которых, вне зоны обмотки 5, смонтирована неподвижная система жесткого упора тыловых контактов 7, состоящая из ограничителя 8 и планки 9 неподвижно закрепленной на якоре 4. Якорь 4 подвижно закреплен на сердечнике 3 с возможностью совершать колебательные движения относительно оси, совпадающей с линией контакта торца якоря 4, выполненного в виде призмы 10, с упорной пластиной 11, ограничивающей перемещения якоря 4 вправо в горизонтальной плоскости и вертикальной плоскости.

Пластина 11 неподвижно закреплена на полюсах сердечника. Вторая пластина (не показана) закреплена на поверхности якоря, ограничивает перемещение якоря влево в горизонтальной плоскости.

Грузом, служащим для возврата якоря в исходное положение за счет силы тяжести и перемещения упругих пластин перекидных контактов 12, является сам якорь 4, подвижная система привода перекидных контактов 12, состоящая из поводка 13, и планки 14, и груза 15. Контактная система состоит из фронтовых 16, перекидных 12 и тыловых 7 контактов. Контакты установлены в колодке 17, закреплены на платформе 18 сверху. С нижней стороны платформы закреплен сердечник 3.

Реле работает следующим образом.

При подаче напряжения на обмотки 5 в электромагнитной системе формируется электромагнитное поле, под воздействием которого якорь 4 притягивается к сердечнику 3 и тем самым приводит в движение блок с системой привода перекидных контактов. При притягивании якоря 4 происходит замыкание фронтовых 16 и перекидных 12 контактов. При снятии напряжения с обмоток 5 магнитное поле, притягивающее якорь 4 к сердечнику, исчезает под действием груза 15, якоря 4 и системы привода перекидных контактов 13, 14 перекидных контактов возвращается в исходное положение. Происходит размыкание фронтовых и перекидных контактов и замыкание тыловых и перекидных контактов. При подаче напряжения на обмотки катушек происходит повторение цикла.

Реле электромагнитное, содержащее пластмассовое основание, магнитную систему, состоящую из сердечника, обмоток, намотанных на шпули и размещенных на сердечнике, якоря с прикрепленной к нему бронзовой пластиной, обеспечивающей зазор не менее 0,15 мм между якорем и сердечником, контактную систему, состоящую из фронтовых, перекидных и тыловых контактов и жесткого упора для тыловых контактов, систему привода перекидных контактов, состоящую из поводка соединенного с якорем, груза для возврата якоря, подвижную систему вместе с якорем и платформу, установленную на пластмассовом основании, отличающееся тем, что магнитная система состоит из П-образного сердечника и двух обмоток и установлена на платформе таким образом, что сердечник расположен перпендикулярно пластмассовому основанию, при этом сердечник имеет вытянутую форму, на полюсах сердечника, вне зоны обмотки, смонтированы неподвижная система жесткого упора тыловых контактов и система колебательного движения якоря, на поводке системы привода перекидных контактов закреплена ведущая планка перекидных контактов с входящими в нее концами перекидных контактов, колебательные движения якорь совершает относительно оси, совпадающей с линией контакта торца якоря, выполненного в виде призмы, с упорными пластинами, ограничивающими перемещения якоря в горизонтальной и вертикальной плоскостях, одна пластина закреплена на полюсах сердечника, вторая — на поверхности якоря, она же обеспечивает зазор при замыкании якорем сердечника, якорь притягивается к нижней поверхности сердечника вне зоны обмоток, грузом для возврата якоря служит подвижная система привода перекидных контактов, якорь и груз, закрепленный на якоре.

Что нужно знать об электромагнитных реле. Часть 1: общие сведения и принцип работы

Сложно представить схемы автоматизации без применения реле. Они используются для изменения уровней сигналов и согласования цепей с разным напряжением и родом тока, для сигнализации и контроля различных величин, для включения исполнительных устройств и так далее. Сегодня мы поговорим о том, что такое электромагнитные реле, их устройстве и принципе действия.

Определение

Для начала разберёмся, что такое реле вообще. Определение звучит следующим образом: Реле — элемент автоматики, который замыкает или размыкает электрические цепи при воздействии внешних явлений и сил. При этом у релейного элемента есть два стабильных состояния, назовём их условно «включено» и «выключено». Различают реле по виду физических величин, на которые они реагируют: электрические, механические, тепловые, оптические, магнитные, акустические. То есть реле необязательно управляется электрическим сигналом: оно может замыкать или размыкать контакты при воздействии температуры, магнитного поля, при механических воздействиях и прочих. Однако реле, реагирующие на такие неэлектрические величины, часто состоят из датчика и электрического релейного элемента. Ещё раз перефразируем вышесказанное простыми словами:

Реле – это такое устройство, которое скачкообразно, при воздействии на него какой-либо величины. Реле может быть либо только включено, либо только выключено, промежуточных состояний у него нет.

Определение и общие сведения

Электромагнитное реле – это такое реле, работа которого основана на воздействии магнитного поля неподвижной катушки на подвижный ферромагнитный элемент, который приводит в движение контакты. Входные и выходные цепи электромагнитных реле гальванически не связаны, то есть цепь управления не имеет никаких контактов с коммутируемой цепью. В 1931 году американский ученный Джозеф Генри изобрёл первое реле, основанное на электромагнитном принципе действия, но оно было не коммутационным. Позже Самюэль Морзе в 1937 году изобрёл первое коммутационное реле, которое он использовал в телеграфном аппарате. Слово «реле» происходит от английского «relay», что означает «передача» чего-либо, например, эстафеты в спорте. С помощью электромагнитного реле можно:

1. Гальванически развязать управляющую и исполнительную цепь.
2. Изменить уровень сигнала, например, если какое-то устройство замыкает цепь или просто подаёт напряжение на выход, то с помощью реле с нормально замкнутыми контактами можно, наоборот, разрывать какую-либо цепь.
3. Можно переключать цепи. Если у реле переключающие контакты, то когда нет управляющего тока будет замкнута одна цепь, а при подаче тока управление контакты переключатся – разорвут первую цепь и замнут вторую.
4. Изменить величину и род сигнала. Если какое-то устройство автоматики выдаёт сигналы постоянного тока, а исполнительные цепи питаются переменным, то можно на катушку реле подавать этот постоянный ток, а его контакты будут замыкать цепь источника и нагрузки переменного тока. То же самое можно сделать и с напряжением разной величины — сигналом низкого напряжения можно управлять цепью с высоким напряжением. Главное, подобрать реле, у которого катушка и контакты будут рассчитаны на соответствующие род и величину тока и напряжения.
5. Управлять слабым током мощной нагрузкой, например, с помощью микроконтроллера, у которого максимальный выходной ток составляет десятки миллиампер, включать нагрузку с током в десятки ампер.
6. Выполнять логические операции, то есть коммутировать цепи при наличии на входе реле определённых сигналов.
7. Контролировать величины для обеспечения защиты от различных аварийных ситуаций, таких как превышение напряжения, тока, отклонение частоты, понижение сопротивления.

Устройство и принцип действия

Как отмечалось выше, есть много разных видов реле, у одних реле катушка с малым сопротивлением и оно срабатывает при протекании какого-то относительно большого значения тока — они называются «реле тока», они включаются последовательно с какой-либо нагрузкой и срабатывают при достижении тока определённой величины, как электромагнитный расцепитель автоматического выключателя. У других реле сопротивление и количество витков катушки большие, и оно срабатывает при протекании относительно малого тока. В характеристиках таких реле обычно указывают напряжение катушки, которое необходимо подать, чтобы она притянула якорь и переключила контакты. Такие реле называют исполнительными или промежуточными реле. Если не учитывать эти особенности, то общая конструкция и составляющие элементы всех видов электромагнитных реле одинаковы. Типичное электромагнитное реле состоит из следующих частей:

1. Ферромагнитный сердечник.
2. Катушка.
3. Якорь.
4. Контакты.
5. Пружина.
6. Ярмо.

Катушка в реле обычно выполняется медным проводом и используется для создания магнитного поля. Ферромагнитный сердечник нужен, чтобы это поле усилить. Якорь приводит в движение контакты — замыкает или размыкает их. По конструкции контакты могут быть нормально замкнутыми (NC), нормально разомкнутыми (NO), переключающими (NO/NC). При этом в одном реле может быть несколько контактных групп, разной конфигурации (NO и NC), которые включаются одновременно при подаче тока на катушку. С конструкцией разобрались, теперь разберём принцип действия электромагнитного реле. Когда на катушку реле подают ток, вокруг неё возникает магнитное поле, которое притягивает якорь. Тот, прижимаясь к сердечнику, приводит в движение контакты — замыкает или размыкает их. На иллюстрации ниже вы видите, как это происходит. По роду тока управления реле бывают для цепей постоянного тока и переменного тока. Конструктивное отличие у них одно — у реле, предназначенных для управления переменным током на сердечнике есть короткозамкнутый виток (он же «экранирующее кольцо»), который выглядит просто как кольцо из медной проволоки. Это кольцо разделяет магнитный поток Ф через сердечник на два отдельных потока — Ф1 и Ф2 (позиция «а» на рисунке выше), один из которых наводит в кольце ток (позиция «б»). Этот ток тоже создаёт магнитный поток (Фкэ) противодействующий одному из основных магнитных потоков, а именно Ф2, согласно правилу Ленца. В результате этого мы получаем два магнитных потока через сердечник сдвинутых друг относительно друга по фазе на 60-80 градусов (позиция «в»), и оба потока проходят через ноль в разные моменты времени. Поэтому сила, действующая на якорь, никогда становится нулевой и он не дребезжит. Если на катушку реле постоянного тока (без короткозамкнутого кольца) на сердечнике подать переменный ток, то в момент перехода тока через ноль якорь может отпасть от сердечника, что приведёт к кратковременному отключению реле. На практике это выглядит как дребезжание якоря с характерным звуком, что приводит к повышенному износу контактов. Такое же техническое решение используется и в контакторах. Поэтому, когда выбирают реле в первую очередь учитывают род тока и величину напряжения управляющей цепи, и силу тока в исполнительной цепи. При этом его контакты могут коммутировать хоть переменный, хоть постоянный ток.

Подведём итоги

1. Основные. Реагируют непосредственно на изменение контролируемой величины (тока, напряжения, мощности, частоты, сопротивления).
2. Вспомогательные. Управляются другими реле и выполняют различные функции (выдержка времени, размножение контактов, размножения контактов, передачи команд от одних реле к другим и т.д.).
3. Сигнальные или указательные реле. Фиксируют действие защиты и управляют звуковой и световой сигнализацией.

Кроме того, они бывают: моностабильные, импульсные или бистабильные, поляризованные реле и прочие, но рассматривать их в одной статье не имеет смысла — это дело такой дисциплины как «Релейная Защита и Автоматика» (кто получал электротехническое образование, тот вспомнит).

В следующей части статьи рассмотрим основные характеристики реле и вопросы из практики.