Принцип работы электромагнитного реле

       В состав автоматизированных, полуавтоматизированных и ручных систем уаправления электроэнергетическими установками, электроприводами, технологическими установками и т.п. входят электромагнитные устройства (контакторы, пускатели, реле, электромагниты). С помощью этих устройств производится регулирование токов и напряжений генераторов. Они выполняют функции контроля и защиты установок, потребляющих электроэнергию. Основными частями электромагнитных устройств являются электромагнитные механизмы: электрические контакты, механический или электромагнитный привод контактной группы, кнопки управления.
      По назначению различают следующие электромагнитные устройства:
      -коммутационные (разъединители, выключатели, переключатели);
      -защитные (предохранители, реле защиты);
      -пускорегулирующие (контакторы, пускатели, реле управления);
      -контролирующие и регулирующие (датчики, реле);
      -электромагниты.
      Рассмотрим принцип работы электромагнитного механизма. В электромагнитном механизме осуществляется преобразование электрической  энергии источника питания в механическую энергию перемещения якоря. Схема механизма приведена на рис. 9.4. Она включает неподвижную 1 (ярмо) и подвижную 2 (якорь) части магнитопровода;  намагничивающую катушку 3, удерживающую 4.

 Появление тока в намагничивающей катушке приводит к намагничиванию ферромагнитных частей магнитопровода. Образовавшееся магнитное поле притягивает якорь к ярму.
     Проведем анализ процесса преобразования энергии. Пусть к намагничивающей катушке приложено напряжение U, и через нее протекает ток I. На сопротивлении катушки R создается падение напряжения .
Разность U -UR урановешивает э.д.с. еL, т.е.
                                      (9.7)
Тогда
                                           (9.8)    
Умножим (9.8) на   и проинтегрируем за время намагничивания. Тогда
 или
,
где WП  - энергия, затрачиваемая источником на нагрев катушки за время  t/
      Решением выражения для  WM  имеет вид:
                                                    (9.9)
      Учитывая, что
,
      а
,
где S -  площадь,  а  l -  воздушного зазора, получим
.
      При перемещении якоря совершается работа

где   - энергия магнитного поля в начале  намагничивания с длиной воздушного зазора ;
       - энергия магнитного поля с длиной воздушного зазора  ;
      .
       С учетом (9.10)  можем записать

      Так как , то
,
где
                        (9.11)
    Выражение (9.11) определяет силу [кГ], с которой магнитное поле действует на якорь. Очевидно, что значение силы зависит от длины зазора  и магнитодвижущей силы  .
       Если к катушке подключен источник синусоидального напряжения, то и магнитный поток в магнитопроводе и воздушном зазоре изменяется по синусоидальному закону:
.
      В этом случае мгновенное значение силы, притягивающий якорь к ярму определяется выражением
,
      где

     После преобразования получим
             .                              (9.12)
      Видно, что тяговая сила содержит переменную и постоянную составляющую. Переменная составляющая имеет частоту, вдвое большую частоты питающего напряжения, и амплитуду, равную постоянной составляющей . Пульсация F(t)  вызывает вибрацию якоря (дребезг).
      В однофазных электромагнитных механизмах для устранения пульсации на якоре размещают короткозамкнутый (КЗ) виток провода. Переменный магнитный поток Ф(t)  наводит в КЗ витке э.д.с. сдвинутую по фазе на 900 относительно ФМ.  По витку протекает ток iK, который создает поток ФКМ, совпадающий по фазе с э.д.с.
     Теперь на якорь начинает действовать пульсирующая сила с удвоенной частотой, т.е. cos 4wt. В итоге постоянная составляющая силы возрастает, пульсация уменьшается.
      Электромагнитное реле - это устройство, в котором при достижении определенного значения входной величины выходная величина изменяется скачком. Выходные контакты реле замыкаются или размыкаются. Реле применяют в цепях управления с током не более 1А. Входной или управляющей величиной реле могут быть электрические, механические, тепловые и др. воздействия.
      На рис. 9.5. показано устройство простейшего электромагнитного реле клапанного типа.  При определенной магнитодвижущей силе (МДС) в цепи управления возникающая сила F притяжения якоря З к ярму 1 превышает силу противодействующей пружины 2. Воздушный зазор уменьшается. Клапан 4 нажимает на подвижный контакт 5 и прижимает его с силой F к неподвижному контакту 6. Управляемая цепь замыкается. Исполнительный элемент 7 производит требуемое действие.
      Контакты реле в исходном положении могут быть как разомкнуты, так и замкнуты. В последнем случае при срабатывании реле они размыкаются. Действие каких-либо устройств  прекращается. Многие реле имеют несколько контактных пар. Тогда их используют для управления несколькими электрическими цепями.
      Функции реле связаны с контролем режима работы важных элементов электрической цепи: генераторов, трансформаторов, линий передач, электродвигателей и т.п.
      При нарушении нормального режима соответствующее реле приводит в действие аппаратуру, которая либо восстанавливает нормальный режим работы, либо отключает поврежденный участок. Такие реле называют "реле защиты". Они "наблюдают"  за током в цепи (токовая защита), за напряжением на отдельных участках (защита по напряжению), за изменением мощности, частоты тока и т.д.
      В зависимости от значения или направления входной величины различают реле максимального, минимального или направленного действия.
      В зависимости от  времени срабатывания различают реле быстродействующие  ), нормальные ) и с выдержкой времени ( реле времени).
      Реле, не реагирующее на направление управляющей величины (например, тока), называют нейтральным. Реле, чувствительные к полярности управляющей величины, называют поляризованными.
      Если исполнительный элемент реле (подвижные контакты) непосредственно воздействует на цепь управления, то это реле прямого действия. Когда воздействие осуществляется через другие аппараты - реле косвенного действия.

Рис. 9.5