Построение механической характеристики реле. Принципиальная схема сил, действующих на реле в начале движения якоря

Введение:

Реле промежуточные серии ТРПУ предназначены для применения в электрических цепях постоянного тока напряжением до 110 В. Они применяются для коммутации цепей управления тепловоза с целью обеспечения необходимой последовательности включения аппаратов электрической схемы, а также в схемах автоматического управления и автоматической защиты от аварийных режимов. Основными узлами реле являются электромагнит клапанного типа и контактная система. Контактная система и электромагнит закреплены на пластмассовом основании и закрыты кожухом. Реле устанавливаются на металлические или изоляционные панели рейки и эксплуатируются в закрытых комплектных устройствах тепловозов (в высоковольтных камерах).

Целью данной работы является расчет и проектирование электромагнитного реле серии ТРПУ. Она включает в себя построение механической характеристики реле, расчет магнитодвижущей силы, размеров и нагрева катушки электромагнита.

В расчетно-графической работе представлен эскиз реле ТРПУ, раскрывающий принцип его действия, построена механическая характеристика рассчитываемого реле.  

1.  Построение механической характеристики реле

При расчете электромагнитного привода необходимо обеспечить величину электромагнитной силы P_ЭМ, превышающую величину противодействия реле механизма. Противодействие механизма складывается из усилия возвращающей пружины, силы взаимодействия подвижного и неподвижного контактов. Массовыми силами и силами трения в шарнирах механизма реле пренебрегаем.

Для расчета привода реле контактора необходимо рассчитать механическую характеристику, которая представляет собой зависимость электромагнитной силы Р_ЭМ, от величины воздушного зазора δ (см. рисунок 3).

Расчет произведен последовательно начиная с точки А механической характеристики. Величина силы приведенной к точке приложения электромагнитной силы определяется начальной затяжкой возвращающей пружины. Усилие начальной затяжки возвращающей пружины должно быть достаточным для надёжного отключения реле и удержания подвижных частей реле в выключенном состоянии при движении тепловоза.

Контактное нажатие при полностью включенном реле:

Подставляя исходные данные, получим:

Величину начальной затяжки рассчитаем по формуле:

Вычисляем:

Силу противодействия механизма реле, приведенную к точке приложения электромагнитной силы, найдём из уравнения моментов относительно точки О₁ (рисунок 1):

Рисунок 1 – Принципиальная схема сил, действующих на реле в начале движения якоря.

Решив уравнение относительно силы P^А_ЭМ получим:

В точке В механической характеристики считаем, что контакты только начали соприкасаться и деформация притирающей пружины ещё не началась. Уравнение моментов сил относительно точки О₁ в этом случае примет вид:

Величина силы возвращающей пружины

Величину деформации возвращающей пружины и воздушного зазора в точке В механической характеристики найдём из геометрических соображений. Деформация возвращающей пружины Х^В_ВП связана с раствором и длинами плеч l₃, l₄, l₅, l₆ (рисунок 1) следующим соотношением:

Воздушный зазор также связан с раствором и длинами плеч l₁, l₄, l₅, l₆ и определяется выражением:

Раствор Rи воздушный зазор δ_А в точке А механической характеристики определены измерением по реле-прототипу и равны соответственно 4 мм и 3,5мм.

Подставив в полученные уравнения (6) и (7) необходимые значения длин плеч получим:

Зная величину деформации возвращающей пружины, определяем силу возвращающей пружины согласно уравнению (5):

Из уравнения (4) определяем силу противодействия механизма реле, приведенную к точке приложения электромагнитной силы:

Точка С механической характеристики характеризуется началом деформации притирающей пружины (рисунок 2), при этом пренебрегаем величиной изменения воздушного зазора и считаем, что δ_В=δ_С.

Запишем уравнение моментов:

Так как δ_В=δ_С считаем, что Р_ВП^В=Р_ВП^С. Сила взаимодействия контактов Р_К^С определяется величиной начальной