Фазочувствительные рельсовые цепи, страница 12

; ,

где    S — площадь  сечения   сердечника;

          — длина  проводника  с током;

         .

У реле ДСШ и ДСР величина dlравна части длины вихревого то­ка, расположенной под полюсом, т. е. dl= h — ширине сердечников (в частности, у реле типа ДСШ 28 мм). Для   сектора

,

где  — угол между э. д. с. и вихревым током в проводнике;

       — активное сопротивление сектора.

Практически , так как  у сектора .

Таким образом, для получения вращающего момента необходим сдвиг фаз φ между потоками. Кроме того, при вращении сектора в маг­нитном поле возникают мешающие усилия отталкивания между по­люсом и соответствующим вихревым током в плоскости, перпендику­лярной к направлению вращения сектора, чем создается ломающий мо­мент на подшипниках и оси сектора и ускоряется их износ. При проек­тировании реле, учитывая это, ставятся надежно работающие под­шипники и оси. В секторе наряду с вихревыми токами появляются токи резания в результате движения проводника в магнитном поле, которые создают тормозящее усилие на сектор. При рассмотрении принципа работы реле токами резания пренебрегаем.

Принцип работы двухэлементного реле, у которого в качестве про­водника взят легкий алюминиевый сектор, поясняется на рис. 4.1.1.

В произвольный момент времени, которому соответствует вектор­ная диаграмма потоков на рис. 4.1.1, в, убывающие потоки (знак ↓ ), идущие за плоскость чертежа (знак +), наводят в диске токи ,  стремящиеся поддержать убывающие потоки Ф₁, Ф₂ и, следовательно, направленные по часовой стрелке (правило Ленца).

Направление сил  и  определяется по правилу левой руки. Каждая сила создает вращающий момент, и сектор поворачивается в сторону действия результирующего момента. Средние значения вра­щающих моментов:

;

где  — угол между направлением силы и ее тангенциальной составляющей;

        — расстояние от оси  вращения  сектора  до середины  полюсов.

Результирующий момент выражается через намагничивающие токи I₁ и I₂ следующим соотношением:

.

Проанализируем уравнение. Для увеличения вращающего момента нужно уменьшать , поэтому проводник выполняется в виде сектора, у которого , . Значение вращающего момента зависит от частоты питающего напряжения.

Необходимый вращающий момент может быть получен при малом значении одного тока и большом значении второго тока, но следует сохранять величину произведения токов I₁, I₂.

Вращающий момент  меняет знак при изменении направления тока в одной из обмоток реле, что позволяет получить трехпозиционное реле.

Особенностью индукционного реле является зависимость величи­ны , от утла φ между токами I₁ и I₂. При φ = 90°  sin 90° = 1, поэтому создается максимальное значение . С другой стороны, если для подъема сектора необходимо определенное значение  то при φ = 90° оно будет создаваться при минимальных токах в об­мотках. На этом основании угол φ = 90° между токами I₁ и I₂ полу­чил название идеального угла.

Фазометры с подвижной стрелкой измеряют сдвиг фаз между то­ком и напряжением, а электронные — между векторами напряжений двух обмоток. Поэтому в паспортах указывают косвенные идеальные углы между напряжением одной обмотки и током другой. Например, если угол указан между U₁ и I₂ — φ_ид = 162°, то это означает, что при этом угле между I₁ и I₂ сдвиг фаз будет 90° и, следовательно, sin 90° = 1. Подъем сектора в этом случае будет происходить при минимальных токах в обмотках.

4.2 Разновидности индукционных реле, их параметры и векторная диаграмма

Заводом выпускаются реле со штепсельным включением ДСШ-12, ДСШ-13 и для метрополитенов ДСШ-2. На дорогах в действую­щих устройствах работают нештепсельные реле ДСР-12. Принцип действия этих реле одинаков, но реле типов ДСШ и ДСР отличают­ся конструктивным оформлением, расположением обмоток относи­тельно сектора и числом контактных тройников. У индукционных реле обмотка, создающая вихревые токи в секторе, называется местным элементом МЭ (питается от местного источника); вторая обмотка, создающая поток, взаимодействующий с вихревым током сектора, называется путевым элементом ПЭ (питание получает из рельсовой или линейной цепи).

У реле типа ДСШ сектор сплошной, так как полюсы ПЭ и МЭ располагаются друг против друга и вихревые токи, возникая непо­средственно под полюсами МЭ, взаимодействуя с потоком путевой обмотки Ф₁ создают вращающий момент (рис. 4.2.1, а). При движении сектора вихревые токи возникают в других «микроплощадках». Мест­ный элемент имеет Ш-образный сердечник с обмоткой, расположенной на среднем стержне.

Рис. 4.2.1 Конструк­ция реле ДСШ, ДСР и векторная диаграмма

Поток Ф_м делится на две части. Путевой элемент выполнен в ви­де П-образного сердечника. Взаимно противоположное расположение ПЭ и МЭ уменьшает габариты реле, но не исключает трансформации энергии из МЭ в ПЭ.

У реле типа ДСР подвижной сектор имеет прорези, с помощью ко­торых вихревые токи направляются к краю диска под полюс путевой обмотки; у этого реле иное расположение путевых и местных обмоток, при котором исключена трансформация энергии из МЭ в ПЭ (рис. 4.2.1, б).

У всех реле сердечники элементов ПЭ и МЭ собирают из пластин трансформаторной стали. Движение сектора при помощи тяги переда­ется подвижным контактным пружинам, на концах которых укреплены серебряные пластины. Фронтовые и тыловые контакты выполнены из графито-серебряной композиции. Контакты обеспечивают 10⁵ включе­ний цепи переменного тока при I = 1 А; U= 110 В с индуктивной нагрузкой cos φ = 0,85.

Электрические  параметры  реле  приведены  в  табл. 4.1.

Работа индукционных реле, кроме временных и электрических параметров, характеризуется векторной диаграммой, показывающей сдвиг фаз между токами и напряжениями обеих обмоток реле (рис. 4.2.1, в). Построение диаграммы начинают с векторов I_п и I_м, сдвинутых на угол φ = 90°. Элементы ПЭ и МЭ имеют разные индук­тивные сопротивления, поэтому U_мест опережает по фазе I_мест на 72°, а U_пут опережает по фазе I_пут на 65°.