Электромагнитные реле и контакторы

Лекция № 7

Тема № 7: Электромагнитные реле и контакторы

7.1  Основные определения, классификация, общие сведения

Реле — это устройства, скачкообразно, ступенчато изменяющие свои выходные параметры при определенных значениях входного параметра, сигнала.

На рис. 7.1 показана характеристика управления реле в виде типичной релейной зависимости.

Реле может работать в трех режимах: срабатывание при скачкообразном изменении выходной величины до ее максимального значения — режим повторителя (ось ординат в положении I, х_срб и х_отп — входные сигналы срабатывания и отпускания); ступенчатое уменьшение выходного параметра до минимального уровня — режим инвертора (положение оси Ординат III, x`<sub>срб</sub> и х`_опт — входные сигналы); работа в режиме реле с памятью — режим триггера (ось ординат проходит внутри релейной петли — положение II, x_срб и x_отп — входные параметры). Достигнутое после срабатывания или отпускания значение выходного параметра сохраняется, запоминается после исчезновения входного сигнала.

Являясь одним из основных технических средств (элементов) автоматики, реле позволяют осуществлять определенную последовательность в работе отдельных частей системы.

Классификационные признаки реле весьма многочисленны. Так, в зависимости от природы физической величины, на которую реагируют эти устройства, различают электромагнитные, акустические, газовые, радиационные, оптические, химические и другие виды реле. В зависимости от назначения реле разделяют на коммутационные, осуществляющие взаимодействие и связи в релейных схемах, усилительные для усиления электрического входного сигнала и контрольные (измерительные) для измерения (контроля) заданного тока или напряжения. Если воздействие на управляемую цепь осуществляется скачкообразным изменением ее индуктивности, емкости или другого параметра, то говорят о бесконтактных реле. Контактные реле разрывают  или  соединяют  управляемую  цепь,  поэтому для  них y_min/y_max = 0 на рис. 7.1.

По принципу устройства воспринимающих органов электрические реле разделяют на электромагнитные, электродинамические, магнитоэлектрические, индукционные, электронные и ионные, полупроводниковые и др. По роду управляющего тока различают реле постоянного и переменного тока. В зависимости от вида электрического параметра, на определенные значения которого реагируют реле, последние разделяют на реле тока, напряжения, мощности, частоты, сопротивления и т. д.

По значению потребляемой мощности реле делят на высокочувствительные (до 10 мВт), чувствительные (до 0,1 Вт) и нормальные (более 0,1 Вт). По виду контактов различают реле с точечными, линейными, плоскостными и ртутными контактами (последние позволяют размыкать мощные цепи). По быстродействию выделяют такие реле: сверхбыстродействующие (время срабатывания и отпускания до 5 мс); быстродействующие (5—50 мс); нормальные (50—150 мс); замедленные (0,15—1 с) и реле времени (свыше 1 с).

В зависимости от объема и массы различают малогабаритные (не более 40 см³ и 250 г), миниатюрные (3,5—8 см³, 10— 30 г) и сверхминиатюрные (не более 3,8 см³ и 10 г).

В конструктивном отношении электромагнитное контактное реле можно рассматривать как электромагнит, воздействующий на контактную систему. Поэтому ниже помимо общих сведений, связанных с дискретной природой электромагнитных контактных реле (см. рис. 7.1 с у_min/y_mах = 0), изложены вопросы работы контактных систем, герконов, ферридов, вибропреобразователей, безъякорных реле, контакторов и пускателей.

Функциональные возможности, допустимые режимы работы и области применения электромагнитных реле определяются следующими основными параметрами [10, 45, 46, 49 и др.]: рабочими напряжением U_ном и током I_ном; параметрами срабатывания х_срб (чувствительностью реле) и отпускания х_отп; коэффициентом возврата

коэффициентами запаса при срабатывании и отпускании

коммутируемой мощностью; временем срабатывания t_cрб и отпускания t_отп; допустимой (максимальной) частотой срабатывания, т. е. числом срабатываний в единицу времени; износоустойчивостью N=(0,3÷ 0,75) N_пр, где N_пр - экспериментально определяемое число срабатываний до систематических отказов У нейтральных электромагнитных реле допустимое число срабатыванийсоставляет 10⁴—10⁷, у поляризованных 10⁶-10⁸ , у реле с магнитоуправляемыми  контактами 10⁶-10⁹, сроком службы, т. е. гарантируемым числом срабатываний в течение определенного времени эксплуатации, условия которой оговорены.

На рис 7.2, а схематично показано реле с электромагнитом клапанного типа, на котором: 1- сердечник; 2 - ярмо; 3 -плата- 4-выводы обмотки; 5-выводы контактных групп; 6-упоры; 7-изоляционный штифт; 8-пластины контактов; 9—12-контакты; 13 — якорь; 14 — штифт отлипания; 15 — обмотка; 16 — каркас катушки.

7.2  Тяговые и механические характеристики и динамические параметры электромагнитных реле

Чтобы построить механическую характеристику электромагнитного реле, необходимо сложить противодействующие характеристики возвратной и всех контактных пружин. По полученной механической характеристике рассчитывают электромагнит с точки зрения согласования тяговой и механической характеристик электромагнитного реле.

Динамика электромагнита и способы изменения его временных параметров были рассмотрены ранее. Согласованием тяговой и механической характеристик добиваются получения требуемых динамических параметров  электромагнитного реле.

В первом приближении электромагнитное реле по его динамическим свойствам можно представить как звено чистого запаздывания.

7.3  Контактные системы реле

Контактную систему реле образуют контакты, непосредственно разрывающие или замыкающие, коммутирующие электрические цепи; контактные пружины; держатели контактных пружин.

В электромагнитном реле одна из коммутирующих деталей подвижная. Несмотря на тщательность обработки контактируемых поверхностей подвижного и неподвижного контактов (такую пару для краткости будем называть подвижным контактом), ток между ними проходит только в отдельных точках действительного соприкосновения, которые, увеличиваясь количественно, обращаются во все большие площадки по мере повышения контактного давления (сил сжатия). Это обусловливает относительно большое значение переходного сопротивления подвижных контактов