Как видно ив|рис1 обмотка 6 электромагнитного реле наматы­вается тонким проводом на каркас, причем число витков может изме­няться в широких пределах. Эквивалентная схема включения электромагнитного реле может быть представлена так, как показано на рис б. где R и L — активное сопротивление и ин­дуктивность обмотки реле соответственно. К реле предъявляет разнообразные требования: они должны иметь небольшие габариты и массу, достаточно большое число исполнительных контактов, малую мощность срабатывания (высокую чувствительность),. высокое быстродействие и т.д.

30 Поляризованные реле

У этого реле напряжение перемещения якоря зависит от напряжения протекания тока в обмотке реле. (рис)

1 – якорь реле, 2 – магнитопровод, 3 – постоянный магнит, 4 – обмотка, 5 – изолирующая плата. При отсутствии тока разветвленные части магн. потока создается магн. поле, в зоне контактных групп одинаковы. При протекании тока по обмотке поляризованного реле, создаваемое обмоткой магнитный поток суммируется с одной частью магн. потока пост.-го магнита и ослабляет др. часть. Якорь реле притягивается в ту сторону, где имеет место иммигрирование магнитн. потоков, якорь поляр-го реле может занимать нейтральное положение (рис) , а может замыкать один из контактов (якорь с преобладанием). Пол-е реле отл-ся от э/магнитно – нейтральных тем, что имеет сущ-но меньшие токосрабатывания, значительно большие быстродействия и выдерживают большую перегрузку по току. Недостатком по срав-ю с э\м нейтральными реля явл.-ся значительные габариты

Электромагнитные 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 под действием электромагнитной силы

F_э, пропорциональной магнитному потоку Ф_δ, возникающему в зазоре между якорем и сердечником и создаваемому при протекании тока в обмотке электромагнита:

Так как ток в обмотке электромагнита переменный, то и магнитный поток Ф_δ, создаваемый этим током в рабочем зазоре, будет также переменным, т. е.

После преобразований получим

или

где μ₀ — магнитная постоянная.

Применение короткозамкнутого витка (экрана), охватывающего часть конца сердечника (расщепленный сердечник), является наиболее эффективным способом устранения вибрации якоря реле.

На рис. 6.4 изображена схема реле переменного тока с короткозамкнутым витком (контакты реле и выводы обмотки на схеме не показаны). Конец сердечника, обращенный к якорю, расщеплен на две части, на одну из которых надета короткозамкнутая обмотка — экран Э (один или несколько витков).

Рисунок 6.4. Схема реле переменного тока с короткозамкнутым витком

Принцип работы реле заключается в следующем. Переменный магнитный поток Ф_осн основной обмотки w_осн, проходя через разрезанную часть сердечника, делится на две части. Часть потока Ф₂ проходит через экранированную половину полюса сечением S_δ2, в которой размещается короткозамкнутая обмотка (экран), а другая часть потока Ф₁ проходит через неэкранированную половину полюса сечением S_δ1. Поток Ф₂ наводит в короткозамкнутом витке ЭДС е_кз, которая создает ток I_кз. При этом возникает еще один магнитный поток Ф_кз, который воздействует на магнитный поток Ф₂ и вызывает его отставание относительно потока Ф₁ по фазе на угол φ = 60… 80°. Благодаря этому результирующее тяговое усилие F_э никогда не доходит до нуля, так как потоки проходят через нуль в разные моменты времени.

6.2. Поляризованные электромагнитные реле

В отличие от рассмотренных ранее нейтральных электромагнитных реле, у поляризованного реле направление электромагнитного усилия зависит от полярности сигнала постоянного тока в обмотке. Поляризация этих 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 (числу устойчивых положений якоря) — двух- и трехпозиционные.

Поляризованные реле могут быть использованы также в качестве вибропреобразователей, но наибольшее распространение они получили в маломощной автоматике, особенно в следящих системах при управлении реверсивными двигателями.

К числу достоинств поляризованных реле относятся:

• высокая чувствительность, которая характеризуется малой мощностью срабатывания и составляет 10^-5 Вт;

• большой коэффициент управления;

• малое время срабатывания (единицы миллисекунд).

Недостатки по сравнению с нейтральными электромагнитными реле следующие:

• несколько сложнее конструкция;

• большие габаритные размеры, вес и стоимость.

В поляризованных реле используют дифференциальные и мостовые схемы магнитных цепей, которые имеют много разновидностей (название цепей определяется типом электрической схемы замещения электромагнитной системы). На рис. 6.5 изображено поляризованное реле с дифференциальной схемой магнитной цепи.

Рисунок 6.5. Поляризованное реле с дифференциальной схемой магнитной цепи: 1,1’ — намагничивающие катушки; 2- ярмо; 3- постоянный магнит;

4- якорь; 5,5^’— контакты.

На якорь реле действует два независимых друг от друга потока: поток Ф_0(п), создаваемый постоянным магнитом 3 и не зависящий от рабочего состояния схемы, в которую включено реле, и рабочий (управляющий) поток Ф_э(р), создаваемый намагничивающими катушками 1 и 1’ и зависящий от тока, протекающего по их обмоткам.

Электромагнитное усилие, действующее на якорь 4, зависит, таким образом, от суммарного действия потоков Ф_э(р) и Ф_0(п). Изменение направления электромагнитного усилия при изменении полярности тока в рабочей обмотке происходит вследствие того, что изменяется направление рабочего потока относительно поляризующего.

Поляризующий поток Ф_0(п) проходит по якорю и разветвляется на две части — Ф₀₁ и Ф₀₂ в соответствии с проводимостями воздушных зазоров слева δ_Л и справа δ_пр от якоря. В зависимости от полярности управляющего сигнала рабочий поток Ф_э(р) вычитается из потока Ф₀₁ в зазоре слева от якоря и прибавляется к потоку Ф₀₂ справа от якоря (как показано на рис. 6.5), или наоборот. В случае, показанном на рисунке, 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 строну того зазора, где магнитные потоки суммируются.

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.

что это такое и где они применяются? / Статьи и обзоры / Элек.ру

Многие знают из школьного курса физики, что ток бывает переменным и постоянным. Если о применении переменного тока мы еще что-то можем с уверенностью сказать (все бытовые электроприемники питаются от переменного тока), то о постоянном мы не знаем практически ничего. Но раз существуют сети постоянного тока, значит есть и потребители, и соотвественно защита таким сетям тоже нужна. Где встречаются потребители постоянного тока и в чем отличие аппаратов защиты для этого рода тока мы рассмотрим в этой статье.

Ни один из типов электрического тока не «лучше», чем другой — каждый подходит для решения определенных задач: переменный ток идеален для генерации, передачи и распределения электроэнергии на большие расстояния, в то время как постоянный ток находит свое применение на специальных промышленных объектах, установках солнечной энергии, центрах обработки данных, электрических подстанциях и пр.

Шкаф распределения постоянного оперативного тока электрической подстанции

Понимание отличий переменного и постоянного тока дает четкое представление о задачах, с которыми сталкиваются автоматические выключатели постоянного тока. Переменный ток промышленной частоты (50 Гц) меняет свое направление в электрической цепи 50 раз в секунду и столько же раз «переходит» через нулевое значение. Этот «переход» значения тока через ноль способствует скорейшему гашению электрической дуги. В цепях постоянного тока значение напряжения постоянно — также как и направление тока постоянно во времени. Этот факт существенно затрудняет гашение дуги постоянного тока, и потому требует специальных конструкторских решений.

Совмещенные графики нормального и переходного режимов при отключении: а) переменного тока; б) постоянного тока

Одно из таких решений — использование постоянного магнита (3). Движение дуги в магнитном поле является одним из способов гашения в аппаратах до 1 кВ и находит применение в модульных автоматических выключателях. На электрическую дугу, которая по своей сути является проводником, воздействует магнитное поле, и та затягивается в дугогасительную камеру, где окончательно затухает.

1 — подвижный контакт
2 — неподвижный контакт
3 — серебросодержащая контактная напайка
4 — магнит
5 — дугогасительная камера
6 — скоба

Полярность надо соблюдать

Еще одним и, пожалуй, ключевым отличием между автоматическими выключателями переменного и постоянного тока, является у последних наличие полярности.

Схемы подключения однополюсного и двухполюсного автоматического выключателя постоянного тока

Если вы защищаете однофазную сеть переменного тока при помощи двухполюсного автоматического выключателя (с двумя защищенными полюсами), то нет разницы в какой из полюсов подключать фазный или нулевой проводник. При подключении же в сеть постоянного тока автоматических выключателей необходимо соблюдать правильную полярность. При подключении однополюсного выключателя постоянного тока питающее напряжение подается на клемму «1», а при подключении двухполюсного — на клеммы «1» и «4».

Почему это так важно? Смотрите видео. Автор ролика проводит несколько тестов с 10-ти амперным выключателем:

1. Включение выключателя в сеть с соблюдением полярности — ничего не происходит.
2. Выключатель установлен в сеть обратной полярностью; параметры сети U=376 В, I=7,5 А. Как итог: сильное дымовыделение с последующим воспламенением выключателя.
3. Выключатель установлен с соблюдением полярности, а ток в цепи составляет 40 А, что в 4 раза превышает его номинал. Тепловая защита, как это и должно быть, разомкнула защищаемую цепь через несколько секунд.
4. Последний и самый жесткий тест проводился с таким же 4-х кратным превышением по току и обратнойполярностью. Результат не заставил себя долго ждать — мгновенное воспламенение.

Этот ролик наглядно демонстрирует то, почему необходимо соблюдать полярность при подключении автоматических выключателей постоянного тока. Подключение с обратной полярностью, и с током цепи, не превышающим номинал автоматического выключателя, выводит его из строя. Во избежание повторения подобных «печальных опытов» производители маркируют клеммы выключателей «+» и «-», а также дают схемы подключения в руководствах по эксплуатации.

Таким образом, автоматические выключатели постоянного тока — это устройства защиты, применяемые для объектов альтернативной энергетики, систем автоматизации и управления промышленных процессов и пр. Специальные исполнения защитных характеристик Z, L, K позволяют защищать высокотехнологичное оборудование промышленных предприятий.

Для их электроустановки всегда рекомендуется пользоваться услугами квалифицированных инженеров и техников, чтобы убедиться, что соответствующие автоматические выключатели постоянного тока будут выбраны и установлены правильно.

5.2 Принцип действия нейтрального реле постоянного тока

Электромагнитное реле постоянного тока состоит из электромагнита, состоящего из катушки 3 и магнитного сердечника 4, магнитопровода 5, якоря 2 и контактной группы 1 (рис.5.2). Магнитодвижущая сила F_M электромагнита, по обмотке 3 которого течет постоянный ток I, создает магнитный поток Ф. Он замыкается по сердечнику 4, магнитопроводу 5, якорю 2 и воздушному зазору длиной δ. Уравнение магнитной цепи в этом случае:

, (5.1)

где R_CT – суммарное магнитное сопротивление магнитного магнитопровода, сердечника и ярма;

R_δ – магнитное сопротивление воздушного зазора.

Для большинства конструкций реле R_CT <<R_δ поэтому . Таким образом, к воздушному зазору прикладывается практически вся магнитодвижущаяся сила электромагнита, под действием которой в зазоре развивается тяговое усилие (сила притяжения), притягивающее якорь 2 к сердечнику электромагнита 4. Под действием силы притяжения, которая должна быть больше сил сопротивления контактных и возвратных пружин, якорь притягивается к сердечнику, замыкая контактную группу (реле срабатывает). Если прекратить протекание тока через электромагнит, то под действием упругих сил контактных и возвратных пружин, якорь возвращается в исходное положение и контактная группа размыкается (реле выключается).

Поскольку сила притяжения F_ПР прямо пропорциональна квадрату тока I, текущего через электромагнит:

, (5.2)

то она не зависит от направления тока.

Здесь: w — число витков катушки электромагнита;

S_П — площадь взаимного перекрытия стержня и якоря.

5.3 Принцип действия нейтрального реле переменного тока

Для уменьшения потерь магнитопровод 5, якорь 2 и сердечник 4 реле переменного тока набирают из отдельных пластин электротехнической стали (рис.5.3). Если к электромагниту подвести переменное напряжение, то в момент перехода тока через нуль сила притяжения якоря электромагнита становится равной нулю. Якорь под действием возвратной пружины 6 отходит от сердечника, а затем снова притягивается (реле дребезжит). Для устранения таких вибраций подвижной системы на стержне электромагнита около воздушного зазора делается паз, в который вкладывается короткозамкнутый виток 7. Виток охватывает от 0,5 до 0,8 площади торца стержня.

Магнитный поток созданный обмоткой электромагнита 3, разветвляется на две составляющиеФ₁′ и Ф₁″, замыкающиеся через обе части сердечника. Магнитный поток Ф₁″, пересекая короткозамкнутый виток, наводит в нем э.д.с. самоиндукции е_В, которая вызывает ток I_B, отстающий от е_В на угол, близкий к 90⁰. Ток I_B вызывает совпадающий с ним по направлению магнитный поток Ф_В. Таким образом, на участке магнитопровода результирующий магнитный поток Ф_В равен векторной сумме магнитных потоков Ф₁′ и Ф_В (рис.5.3 б). Согласно векторной диаграмме между потоками Ф₁′ и Ф₂ существует фазовый сдвиг и, следовательно, результирующий магнитный поток в сердечнике Ф_Σ никогда не достигает нулевого значения. Минимальный магнитный поток Ф_Σ выбирается всегда такой величины, чтобы сила притяжения, создаваемая этим потоком, была достаточна для удержания якоря.

В реле переменного тока вибрации подвижной системы могут быть устранены созданием нескольких магнитных потоков, сдвинутых по фазе друг относительно друга, или увеличением массы подвижной системы.