Реле змінного струму

Реле змінного струму

В попередніх параграфах розглядалась робота реле з живленням від мережі постійного струму. При подачі в обмотку реле змінного струму якір також буде притягуватись до осердя. Це пояснюється тим, що згідно з рівнянням (1.13), електромагнітне силове зусилля пропорційне квадрату МРС, а отже, і квадрату струму в обмотці. І тому, хоча змінний струм періодично змінює свій напрям, знак силового зусилля не буде залежати від напрямку струму. Таким чином, завжди буде діяти саме сила притягування, а не сила відштовхування.

Змінний струм, протікаючи по обмотці реле, створює в робочому зазорі магнітний потік:

Фd = Фdмax sinwt.

Рис. 3.1.14. Графіки зміни струму від силового зусилля реле змінного струму

image002

Рис. 1.10. Графіки зміни струму від силового зусилля реле

змінного струму

Підставляючи (1.18) в рівняння (1.14), одержимо:

Fе=Fеmaxsin2wt, (1.19)

де

Fеmax2dmax/(2m0sd). (1.20)

На рис. 1.14 наведені графіки залежності зміни струму і від часу в обмотці реле і електромагнітного силового зусилля Fе. Якір притягується до осердя під дією середнього значення електромагнітного зусилля, тобто його постійної складової Fе сер, що показана на рис. 1.14 прямою лінією. Величина Fе сер визначається із рівняння (1.20), якщо замінити sin2wt на (1-cos2wt)/2:

Fе=0,5 Fеmax(1-cos2wt)= Fе сер — 0,5 Fеmaxcos2wt, (1.21)

де

Fе сер=Fе max/2= Ф2d max/(4m0sd), (1.22)

а змінна складова 0,5Fе maxcos2wt змінюється із подвійною частотою.

З рівняння (1.22) видно, що при однакових конструктивних розмірах реле і рівних значеннях максимальної магнітної індукції, середнє значення електромагнітного зусилля Fе сер змінного струму в два рази менше, ніж у реле постійного струму. Двічі за період електромагнітне зусилля перетворюється в нуль. Отже, якір реле може вібрувати, періодично відтягуючись від осердя пружиною зворотного руху. Звичайно, через масу якоря сила інерції не дозволяє йому робити коливальні рухи. Періодична зміна сили тяжіння з’являється саме як тремтіння якоря, що супроводжується характерним гудінням на частоті 100 Гц (при живленні від мережі промислової частоти 50 Гц). В реле змінного струму для усунення вібрації якоря приймають спеціальні конструктивні заходи. Треба також відмітити, що присутність змінного потоку в магнітопроводі реле призводить до появи вихрових струмів в сталі. Ці струми нагрівають осердя, ярмо і якір реле, на що марно витрачається енергія. Для зменшення вихрових струмів і витрачання енергії магнітопровід набирається із окремих тонких (товщиною 0,5 або 0,35 мм) листів електротехнічної сталі, які ізолюють один від одного, що збільшує опір на шляху вихрових струмів, зменшує переріз сталі на цьому шляху.

Реле постійного струму отримали більше поширення, ніж реле змінного струму. Головна їх перевага – малі габарити і велика чутливість. При наявності мережі змінного струму можна включити реле постійного струму через випрямлювальні пристрої.

Реле змінного струму мають ще одну важливу особливість в порівнянні з реле постійного струму. При живленні обмотки реле від мережі змінного струму опір цієї обмотки буде мати як активну складову R, так і індуктивну складову XL=wL, що визначається індуктивністю обмотки L. При підключенні обмотки реле до постійної напруги струм не залежить від переміщення якоря, він залишається постійним і визначається опором R.

Розглянемо три основних способи усунення вібрації реле змінного струму: застосування короткозамкненого витка, застосування багатофазної обмотки, застосування масивного якоря. Найбільш часто для вимкнення вібрації реле змінного струму використовується короткозамкнений виток, що охоплює частину осердя (рис. 1.11, а, б). В осерді робиться щілина на невелику висоту (зазвичай прорізається). В цю щілину вставляється одна сторона короткозамкненого витка, яка часто являє собою мідну штамповану прямокутну рамку.

image004

Рис. 1.11. Короткозамкнений виток в реле змінного струму

Принцип дії короткозамкненого витка. Змінний магнітний потік Ф, створений струмом в обмотці реле, проходить по осердю і поділяється на дві частини: один потік Ф1 проходить по сталі, не зменшуючи поверхню витка; другий потік Ф2 проходить по сталі, наводячи у витку змінну ЕРС, як у вторинній обмотці трансформатора. Оскільки виток замкнений накоротко, то в ньому під дією наведеної ЕРС піде струм, створюючи магнітний потік Фкз, що перешкоджає зміні магнітного потоку Ф2. Це призводить до відставання по фазі потоку Ф2 від Ф1. Отже, в робочому зазорі реле змінного струму будуть діяти два зміщених в часі потоки (рис. 1.11, в). І тому електромагнітна тягова сила в жоден з моментів часу не буде дорівнювати нулю. Коли магнітний потік Ф1 рівний нулю, то сила створюється ще не рівним нулю потоком Ф2, а коли цей потік Ф2 стане рівний нулю, вже потік Ф1 збільшиться і забезпечить створення тягової сили. За допомогою короткозамкненого витка вдається забезпечити відставання магнітного потоку Ф2 від Ф1 на 60° — 70°. Але за рахунок зустрічного потоку Фк з величина Ф2 виходить менша, ніж Ф1.

Рівність потоків Ф2 і Ф1 та зсув їх по фазі на 90° можна забезпечити за допомогою двофазного реле. Таке реле має два осердя з роздільними обмотками і спільний якір. В коло однієї з обмоток включається конденсатор, який забезпечує зсув по фазі струмів в обмотках на 90°. При такому зсуві фаз та рівності магнітних потоків підсумкова сила притягання якоря буде мати постійне значення. При наявності трифазної мережі електромагнітний механізм реле може бути виконаний у вигляді Ш-подібного осердя з трьома обмотками (на кожному стержні – одна обмотка) і плоского якоря. Обмотки, зазвичай, з’єднуються зіркою та включаються в трифазну мережу. Три магнітних потоки в трьох робочих зазорах будуть створювати постійне силове зусилля на якорі. Однак точка прикладення цього зусилля буде переміщуватись по якорю, тому що спочатку якір сильніше притягується до крайнього стержня, потім до середнього, далі до другого крайнього і т.д.

Ставши важким, якір, завдяки великій інерції, не може вібрувати з подвоєною частотою (2w), оскільки не встигає відходити від осердя в ті моменти часу, коли струм в обмотці реле проходить через нуль і силове зусилля дорівнює нулю. Однак застосування важкого якоря призводить до збільшення розмірів реле і зменшення чутливості. Цей спосіб застосовується рідко, наприклад, коли виконавчий механізм, пов’язаний з якорем реле, має велику інерцію.

При підключенні обмотки реле до змінної напруги струм буде змінюватись в залежності від переміщення якоря. Дійсно, електромагнітний механізм реле схожий на електромагнітний давач переміщення: його індуктивність L збільшується із зменшенням повітряного зазору. Отже, при притягуванні якоря до осердя індуктивний опір буде збільшуватись, а струм – зменшуватись. І тому зусилля реле змінного струму, на відміну від реле постійного струму, мало збільшується чи взагалі не збільшується із зменшенням повітряного зазору.

Васюра А.С. – книга “Електромагнітні механізми та виконавчі пристрої автоматики”

Оставьте комментарий к статье