книги / Электромеханические аппараты автоматики
..pdfРис. 3.22. Способы |
поляризации |
герконового |
реле: |
|
Е , Е у и Е п— ЭДС |
цепи |
нагрузки, |
управления |
и поляризации; R yt R lt — резисторы |
регулирования тока |
в цепи |
управления и поляризации; R H—сопротивление нагрузки |
||
геркон разомкнут. Для его срабатывания МДС управления должна быть не менее Fy.cpi6= Fcpa6 —^п8 (точка 9). Отпускание происходит при МДС управления, не превышающей значения
^У.отп10= ^отп-^п8 (точка 10).
Режим IV отличается от режима III тем, что МДС поляризации лежит в пределах: F0Tn <Fn<Fcpa6 (точка 11). Геркон, как и ранее, в исходном состоянии разомкнут. При МДС управления не менее Fy сраб12 = Fcpa6- F nll (точка 12) геркон замыкается и будет оставаться в замкнутом состоянии
под действием |
даже в случае снятия сигнала управления |
(точка 11). Для |
размыкания КС МДС управления должна |
быть не |
менее Fy отп13 = Fnll — FOTn и направлена встречно |
к МДС |
поляризации (точка 13). |
Из рассмотрения этих режимов видно, что путем изменения величины и направления МДС поляризации можно осуществить плавную регулировку МДС управления при срабатывании от
значения / ’у.Сраб15= ^сраб-^отп = ^сраб(1 |
где ккг— коэффи |
|||
циент возврата |
геркона, при Fn = FOTn (точка 14) |
до значения |
||
^у.сраб17 = 2^сраб |
при ~ F„= - Fcpa6 (точка 16). МДС управления |
|||
при отпускании |
регулируется от нуля |
при Fn = Fortl (точка 14) |
||
до значения |
Fy.OTnl8 = Fcpa6 + FOTn = Fcpa6(l + £ вг) при |
- F „ = - F cpa6 |
||
(точка 16), |
т. е. |
|
|
|
|
|
О —^в.г)^сраб^^Гу.сраб^2./Гсраб, |
(3.27) |
|
|
|
О ^ у . о т п ^ О + ^ в . г К |
р а б ' |
(3.28) |
Таким образом, коэффициент возврата квр поляризованного герконового реле
0< *вр<0,5(1+*в.г). |
(3.29) |
Поляризованные герконовые реле отличаются от якорных уменьшением начального рабочего зазора под действием МДС поляризации. Это повышает магнитную проводимость рабочего зазора и чувствительность реле, но одновременно приводит к снижению электрической прочности рабочего зазора.
Как отмечалось выше, устройства на герконах могут управляться не только полем обмотки, но и полем шины с током (см. рис. 3.9, 3.11). В этом случае они выполняют функции реле максимального и минимального тока. Чувст вительность таких реле регулируется с помощью поляризации, изменения длины /к обмотки управления, длины /?к среднего витка обмотки, положения обмотки управления, угла а между осями геркона и шины, величины паразитного зазора е и рас стояния х между герконом и шиной (см. рис. 3.9). Можно применять комбинированные способы регулирования (см. рис. 3.9), меняя одновременно несколько указанных параметров.
3.2. РЕЛЕ С ПАМЯТЬЮ НА ГЕРКОНАХ. ФЕРРИДЫ
3.2.1. Удерживающие реле и реле с памятью
Серьезным недостатком герконов, управляемых обмоткой с током, является то, что подводимая электрическая энергия лишь частично превращается в механическую, необходимую для замыкания КС. Для их удержания в замкнутом состоянии при механических, температурных и прочих воздействиях требуется гораздо меньше энергии. Поэтому значительная часть электроэнергии, подводимой к обмоткам, бесполезно теряется, превращаясь в тепло. Как отмечалось выше, применяя поляризацию, можно завести геркон в четвертый режим работы (рис. 3.23), при котором КС остаются в замкнутом состоянии после снятия сигнала управления. На этом принципе может быть реализовано удерживающее реле. Одна из возможных схем такого реле содержит два геркона 7, 2 и общую обмотку управления 3 (рис. 3.24). Оба геркона охвачены радиально намагниченным поляризующим ПМ 4. Реле закрыто ферромаг нитным кожухом 5. На рис. 3.24 показано направление маг нитных потоков Фу обмотки управления и Фп поляризующего
ПМ |
при |
срабатывании реле. После срабатывания герконов |
|
их |
КС |
будут удерживаться в замкнутом состоянии |
полем |
ПМ 4, и |
ток в обмотку управления может не подаваться. |
||
Для отпускания реле необходимо изменить полярность тока |
|||
в обмотке }. Тогда потоки, созданные обмоткой и ПМ |
в зоне |
||
з |
4 |
Рис. 3.24. Поляризованное удерживающее реле на герконе
перекрытия КС, будут направлены встречно. Магнитный поток в рабочем зазоре уменьшается, и КС под действием собствен
ных упругих |
сил расходятся. |
|
Отпускания реле можно достигнуть и без изменения поляр |
||
ности |
тока |
путем смещения ПМ 1 в зону перекрытия КС. |
При |
этом |
необходимо добиться равенства проводимостей |
с левой и |
правой частей устройства. Магнитный поток |
|
в рабочем зазоре также будет стремиться к нулю, что вызовет расхождение КС герконов.
Удерживающие герконовые реле более чувствительны, чем неполяризованные нейтральные реле к воздействию внешних магнитных полей, вибрации и ударов и других внешних факторов, так как за счет поля ПМ наблюдается некоторое сближение КС и уменьшение начального зазора 8Н. Стоит КС преодолеть снизившееся за счет уменьшения 5Нрасстояние 5Н—8сраб, как они замыкаются. Следует отметить, что за счет уменьшения начального зазора удерживающие реле обладают повышенным быстродействием.
Увеличивая действие ПМ 4, например смещая его в сторону выводов герконов, можно легко перевести рассматриваемое реле из режима IV работы в III или I (см. рис. 3.23), характеризующийся замкнутым состоянием КС под действием поляризующего поля. При этом контакты реле преобразуются из замыкающих в размыкающие. КС, разомкнувшиеся под влиянием ударов или вибраций, возвращаются в исходное замкнутое состояние под действием поля ПМ. КС размыкаются лишь во время протекания тока по обмотке J, полярность которого обеспечивает встречное направление полей обмотки и ПМ.
Потребление энергии в удерживающих реле, работающих в режиме IV, гораздо меньше, чем в нейтральных. Энергия потребляется лишь в процессе коммутации цепей нагрузки при протекании управляющих импульсов.
Удерживающие и нейтральные герконовые реле обладают низкой восприимчивостью к коротким одиночным импульсам управления. Так, для кратковременного замыкания нейтраль ного геркона типа КЭМ-1 длительность одиночных импульсов управления при номинальной МДС срабатывания лежит в пре
делах 125—300 мкс. |
Для удерживающих |
реле длительность |
импульсов несколько |
меньше. |
лишены указанного |
Герконовые реле |
с памятью (РП) |
недостатка. Они реагируют на одиночные импульсы длитель ностью 10—20 мкс и потребляют энергию лишь при протека
нии |
импульса |
управления. |
Потребляемая |
при этом энергия |
не |
превышает |
нескольких |
миллиджоулей. |
Для замыкания |
и удержания КС в замкнутом состоянии используется маг нитная энергия, запасенная элементом магнитной памяти (ЭМП) во время прохождения сигнала управления.
Простейшее РП подобно реле В. И. Коваленкова (см. рис. 3.1, б), содержащее герметизированные контакты б, 7 и магнитопровод 1 из реманентного материала, выполняющий функции ЭМП. Во время прохождения по обмотке управления короткого импульса тока происходит намагничивание ЭМП и накопление магнитной энергии в нем. После прекращения импульса управления происходит замыкание КС под действием остаточного магнитного поля ЭМП. КС остаются в замкнутом состоянии до тех пор, пока под влиянием повторного импульса, обратного по знаку и меньшего по длительности и амплитуде, не произойдет размагничивание ЭМП. Тогда магнитный поток в рабочем зазоре КС резко уменьшается, электромагнитная сила, удерживающая КС в замкнутом состоянии, падает, и они под действием собственных упругих сил размыкаются.
РП существенно отличается по принципу работы от удер живающего реле, хотя в обоих случаях для удержания КС геркона в замкнутом состоянии используется магнитный поток поляризующего ПМ или ЭМП, который также можно рас
сматривать |
как ПМ. |
В удерживающем реле поле ПМ не |
в состоянии |
вызвать |
замыкание КС и лишь удерживает их |
в замкнутом состоянии. В РП остаточный магнитный поток не только удерживает КС в замкнутом состоянии, но и обес печивает их замыкание из начального положения.
По указанной причине в РП случайно разомкнувшиеся (например, под действием ударов и вибрации) КС вновь замыкаются, чего не наблюдается у удерживающих реле. Таким образом, в РП самостоятельно восстанавливается на рушенный контакт, что обеспечивает их надежную работу.
8 Заказ 2046
До появления сигнала управления ЭМП можно считать полностью размагниченным, и в исходном состоянии на КС не действует электромагнитная сила, рабочий зазор остается неизменным, его электрическая прочность остается также неизменной, а вероятность ложного замыкания КС от ударов и вибрации существенно снижается.
Время срабатывания РП больше длительности управляющих импульсов и определяется временем срабатывания герконов. Для РП и удерживающих реле, как и для нейтральных герконовых, характерно наличие большого времени вибрации КС при срабатывании.
На рис. 3.25 показаны типичные конструктивные схемы герконовых РП. На этом рисунке и всех последующих ЭМП выделены краплением.
3.2.1.1. АДДИТИВНЫЙ СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЛЕ С ПАМЯТЬЮ
В герконовых РП с одной обмоткой (рис. 3.25, а, б) необ ходимо подбирать амплитуду, длительность и количество импульсов отпускания в строгой зависимости от амплитуды, длительности и количества импульсов срабатывания [12, 23, 31, 32]. Если импульс отпускания строго не нормирован, то может произойти перемагничивание ЭМП. В результате оста точный магнитный поток изменит свое направление и под его воздействием КС останутся в замкнутом состоянии.
Для обеспечения надежного отпускания используются два
одинаковых |
сердечника ЭМП, образующие параллельную |
(рис. 3.25, в) |
или последовательную (рис. 3.25, г) магнитную |
цепь. Так получают схемы параллельного и последовательного РП.
Если начала обмоток управления подсоединить к плюсу источника и пропустить по ним одновременно импульс тока, произойдет намагничивание ЭМП 2 и 2' Их остаточные магнитные потоки образуют результирующий магнитный по ток, проходящий через рабочий зазор геркона.
Если создаваемая магнитным потоком электромагнитная сила достаточна для преодоления противодействующих сил
упругости КС, то последние |
замкнутся |
и будут |
оставаться |
в замкнутом состоянии, пока |
существует |
поток в |
зазоре. |
Для отпускания рассмотренных реле по обмоткам управле ния повторно пропускаются одновременно импульсы тока, причем направление импульса в одной из обмоток проти воположно импульсу срабатывания. Допустим, что направление
импульса изменилось на обратное в обмотке 3' |
В этом |
случае направление остаточного потока в ЭМП 2' |
тоже из |
менится на обратное. Остаточные магнитные потоки парал лельного РП (рис. 3.25„ в) будут замыкаться по ЭМП 2 и 2',
146
J' 2 '
Рис. 3.25. Реле с памятью на герконах:
а, 6 — однообмоточные; в, д — параллельные с аддитивным возбуждением; г, е — последова тельное с аддитивным возбуждением; ж , з — параллельное и последовательное с дифферен циальным возбуждением; 7 — теркон; 2, 2' — ЭМП; 5, 5' — обмотки управления; 4 — магнит
ный шунт
минуя рабочий зазор |
геркона. Остаточные магнитные потоки |
в последовательном |
РП (рис. 3.25, г) направлены встречно |
друг другу. Результирующий магнитный поток в рабочем зазоре резко уменьшается. В результате происходит уменьшение
электромагнитной силы притяжения КС и под действием собственных упругих сил они размыкаются.
Так как срабатывание РП, показанных на рис. 3.25, в, г, происходит лишь при одновременном суммарном воздейст
вии |
двух обмоток управления, использованный в них спо |
|
соб |
управления принято |
называть аддитивным (суммар |
ным). |
функциональных возможностей РП |
|
С |
целью расширения |
|
на каждом сердечнике ЭМП можно расположить несколько обмоток управления. Примеры выполнения таких РП показаны на рис. 3.25, д, е. В приведенных примерах каждая обмотка управления состоит из главной и вспомогательной частей. Главная часть имеет в п раз (где п = 2-^-5) больше витков, чем вспомогательная. Главная и вспомогательная части об моток при аддитивном возбуждении могут размещаться как на одном сердечнике ЭМП, так и на различных. В последнем случае при воздействии сигнала управления меняется магнитное состояние сразу двух ЭМП. На рис. 3.25, д, е главная и вспо могательная части обмоток соединены согласно и при протека нии равных импульсов срабатывания по обмоткам 3 и 3' создают МДС, разные по величине, но одинаковые по направлению. Результирующие остаточные магнитные потоки
в |
ЭМП 2 |
и 2' для |
параллельного |
РП, показанного |
на |
|||||
рис. 3.25, д, |
направлены |
так |
же, как |
в |
РП |
на |
рис. 3.25, в, |
|||
а |
для |
последовательного на |
рис. 3.25, е, |
так |
же, |
как в |
РП |
|||
на |
рис. 3.25, г. |
|
|
РП |
для |
снижения |
ве |
|||
|
В |
конструкциях последовательных |
||||||||
роятности залипания КС и уменьшения минимально не обходимых импульсов отпускания в зоне перекрытия КС обычно устанавливаются магнитные шунты 4 из магнитомягких материалов.
3.2.1.2. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЛЕ С ПАМЯТЬЮ
Наряду с рассмотренным выше находит применение и диф ференциальный способ управления РП. В дифференциальных
схемах каждая обмотка разбивается |
на |
две |
части — главную |
с числом витков nw (обычно /7 = 2 |
5) |
и |
вспомогательную |
с числом витков w. Главная и вспомогательная части каждой обмотки всегда располагаются на разных сердечниках ЭМПНа каждом сердечнике размещается главная часть одной обмотки и вспомогательная часть другой (рис. 3.25, ж, з).
Части обмоток, находящиеся на одном |
сердечнике, |
создают |
||
встречно-направленные магнитные поля. |
На |
рис. 3.25, ж онЦ |
||
указаны стрелками |
(сравните с рис. 3.25, д). |
МДС |
главной |
|
и вспомогательной |
частей, действующие |
раздельно, |
обеспечив |
|
148
вают полное перемагничивание сердечника, на котором эти части находятся.
РП с дифференциальным управлением срабатывает при определенном значении магнитного потока в рабочем зазоре геркона. Это значение зависит от намагниченности каждого сердечника ЭМП, которая при одинаковых токах управления в обмотках пропорциональна разности витков главной и вспо могательной частей обмоток. Направление результирующих потоков при срабатывании РП такое же, как при аддитивном управлении (рис. 3.25, в, г).
Срабатывание происходит лишь при одновременной подаче однополярных импульсов в обе обмотки управления. Отпуска ние, как и при аддитивном управлении, происходит при подаче разнополярных импульсов в обе обмотки управления. Однако отпускание РП с дифференциальным управлением может быть достигнуто и путем подачи импульсов любой полярности лишь в одну из обмоток. Так как главная и вспомогательные части обмотки включены встречно, то в этом случае направ ление остаточных потоков в ЭМП будет таким же, как и при отпускании РП с аддитивным управлением.
Дифференциальное управление РП предпочтительнее ад дитивного, так как обладает большими функциональными
возможностями. |
Для |
него |
минимально необходимый |
ток |
|
в обмотках управления |
при длительном возбуждении [12, |
31] |
|||
|
Л min = ^2 min = 4раб/(Л_ ^ |
(3.30) |
|||
где /сраб — ток |
срабатывания |
при аддитивном |
возбуждении; |
||
п— отношение чисел витков главной и вспомогательной частей обмоток.
При п = 2 токи |
/ i m/n = / 2im„ = / Cpa6- в |
этом случае |
аддитивное |
и дифференциальное возбуждения равноценны. При |
п< 2 токи |
||
A min > Араб |
РЧ - При П>2 ТОКИ |
/ 1и|1|, /2 min < /сраб, ОДНа |
|
схема легко трансформируется в другую путем изменения включения главных и вспомогательных частей обмоток. Однако чрезмерное увеличение п приводит к неоправданно большому
расходу энергии |
управления. Поэтому желательно выбирать |
п в пределах от |
2 до 5. |
3.2.2. Биполярные герконовые реле с памятью
Все рассмотренные выше РП (рис. 3.25) являются замыка ющими. Когда необходимы размыкающие контакты или по вышение чувствительности, используется поляризация с помо щью дополнительной поляризующей обмотки или ПМ. На рис. 3.26 приведены схемы биполярных (поляризованных) РП. Параллельное биполярное РП (рис. 3.26, а) состоит из ЭМП 1,
149
7^2
^OTfi всраб ^
Рис. 3.26. Схемы биполярных (а, б) и ортогональных (в, г) реле с памятью:
1— ЭМП; |
2, 2' — обмотки управления; 5, 3' — герконы; 4 — постоянный магнит; 5 — |
магнитный |
шунт; 6 — потокоподводы |
двух обмоток управления 2 и 2', геркона 3 и поляризующего магнита 4. После подачи положительного сигнала управления на обмотку 2 магнитные потоки ПМ 4 и ЭМП 1 суммируются в КС, РП срабатывает. Для отпускания РП необходимо подать положительный сигнал на обмотку 2'. В этом случае магнитные потоки замыкаются через ЭМП 1 и ПМ 4. От пускание РП можно осуществить иным путем: подать поло жительный сигнал к концу обмотки 2. Результирующие потоки будут замыкаться так же, как и в предыдущем случае. Из изложенного следует, что для управления биполярными РП достаточно иметь одну обмотку управления и источник разнополярных импульсов. Необходимо отметить, что поля ризация возможна лишь в РП с аддитивным управлением. Именно этот способ позволяет заменить один из сердечников ЭМП поляризующим ПМ.
В последовательном биполярном РП (рис. 3.26, б) положи тельный сигнал управления подается в начало обмотки управле ния 2. После намагничивания ЭМП 1 его поле и поле ПМ 4 вызовут замыкание КС герконов 3 и 3' Магнитный шунт 5 служит для облегчения условий отпускания герконов при изменении полярности управляющего сигнала.