Электромагнитные устройства автоматики

Н. Т. Исембергенов

Размещено на http://www.allbest.ru/

258

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА АВТОМАТИКИ

1.1 Электромагнитные реле постоянного тока

Электромагнитные устройства автоматики находят широкое применение в различных областях промышленности. Электромагнитное устройство - это преобразователь электрического сигнала в механическое перемещение и усилие. В настоящее время произошло видоизменение и совершенствование этих устройств, успешно конкурирующих с другими видами преобразователей электрических сигналов.

Основным элементом в электромагнитных устройствах является электромагнит - наиболее простой преобразователь электрического сигнала в механическое усилие и перемещение. Входной электрический сигнал подается в обмотку электромагнита, который притягивает подвижную часть, называемую якорем.

По роду тока в обмотке различают электромагниты постоянного и переменного тока. Электромагниты постоянного тока подразделяют на нейтральные и поляризованные. Нейтральные электромагниты притягивают якорь при любой полярности тока в обмотке. В поляризованных электромагнитах направление усилия, действующего на якорь, изменяется при изменении полярности тока в обмотке.

По конструктивному исполнению различают электромагниты с якорем клапанного типа, с втяжным и с поворотным якорем.

Электромагниты реле являются основным тяговым (приводным) элементом и служат для перемещения таких исполнительных устройств, как клапаны, заслонки, золотники, рули, цифро- и буквопечатающие устройства и т. п. Однако наибольшее распространение получили электромагниты, снабженные контактной системой, электромагнитные реле, на основе которых далее рассматриваются электромеханические элементы.

Конструкция реле клапанного типа схематически показана на рис. 9.1. Магнитопровод, состоящий из корпуса, сердечника и якоря, выполнен из электротехнической стали. В нормальном состоянии, когда обмотка реле обесточена, якорь максимально удален от сердечника за счет действия возвратной пружины и контактных пружин подвижных контактов. Реле обладают пары контактов (в некоторых случаях несколько пар контактов). Если пара контактов замкнута, то их называют замыкающие контакты (КЗ), а если разомкнуты, то размыкающие контакты (КР). При подаче напряжения в обмотку реле по обмоткам протекает ток, который образует магнитный поток. Этот поток притянет якорь к сердечнику, развивая электромагнитное усилие, преодолевая действие механических сил пружин.

Зависимость электромагнитного усилия от величины воздушного зазора между якорем и сердечником называют тяговой характеристикой электромеханического устройства.

Зависимость механических сил, приведенных к зазору между якорем и сердечником, от величины этого зазора называют механической характеристикой устройства.

Аналитическое выражение для электромагнитного усилия можно получить из формулы Максвелла

где В - вектор индукции на внешней стороне элемента поверхности s; n - единичная внешняя нормаль элемента поверхности s при этом интегрирование ведется по всей поверхности, охватывающей тело, на которое действует сила.



Рис. 9.1 Реле клапанного типа: 1 - каркас с обмоткой; 2 - ярмо; 3 - выводы обмотки; 4 - эбонитовый штифт; 5 - контактные пружины; 6 - замыкающий контакт; 7 - подвижные контакты; 8 - размыкающий контакт; 9 - возвратная пружина; 10 - якорь; 11 - штифт отлипания; 12 - сердечник

реле ток муфта электромагнит

Другой вывод формулы для электромагнитного усилия основан на методе энергетического баланса, который и использован в дальнейшем с упрощающими допущениями.

Если обмотка реле с фиксированным воздушным зазором (рис. 9.2, а) подключена к источнику постоянного тока с напряжением U, то процесс изменения тока в обмотке определяется выражением

(9.1)

где r и - сопротивление и число витков обмотки реле; Ф - магнитный поток реле.

Умножив (9.1) на idt и интегрируя его за время от 0 до t, в течение которого поток возрастает от 0 до Ф, получим

 (9,2)

В выражении (9.2) левая часть представляет собой энергию источника постоянного тока, первое слагаемое правой части - ту ее часть энергии, которая перешла в тепловую, а второе слагаемое - энергию, запасенную в магнитном поле реле. На рис. 9.2, б) графически изображена магнитная энергия, которая определяется площадью треугольника Фс, где - часть тока обмотки, создающая МДС воздушного зазора, - полный ток обмотки. Если пренебречь МДС, затрачиваемой на проведение потока по стальной части магнитопровода, что допустимо при достаточно больших зазорах и ненасыщенной стали, то всю магнитную энергию реле можно считать сосредоточенной в зазоре, т. е. , и в соответствии с (9.2) и рис. 9.2, б) можно записать

(9.3)

На основании энергетического баланса в электромагните при постоянном токе I в обмотке и перемещении якоря (рис. 9.2, а) на величину можно определить координату x как

. (9.4)

При перемещении якоря зазор, а значит, и сопротивление магнитной цепи уменьшились, магнитный поток возрос с Ф₁ до Ф₂ (рис. 9, в). Причем из электросети при постоянном токе в обмотке получена энергия, равная площади прямоугольника Ф₁ a b Ф₂:

. (9.5)

Магнитная энергия в зазоре до перемещения якоря равнялась площади треугольника , а после перемещения - площади треугольника .

Рис. 9.2 К выводу формулы электромагнитного усилия

Таким образом, магнитная энергия в зазоре при сохранении условия (9.3) возросла на величину, равную половине полученной из сети энергии:

(9.6)

Очевидно, вторая половина, численно равная первой и соответствующая треугольнику Оаb, была израсходована на совершение работы при движении якоря под действием силы :

. (9.7)

Переходя к пределу, для электромагнитного усилия, согласно (9.7), получим выражение

 (9.8)

.

Знак минус свидетельствует о том, что положительному усилию соответствуют уменьшение воздушного зазора.

Магнитную энергию (9.3) можно представить так:

, (9.9)

где - магнитная проводимость воздушного зазора, Гн.

С учетом (9.9) выражение (9.8) для электромагнитного усилия, выражаемого в ньютонах (Н), примет вид

, (9.10)

где ( - МДС воздушного зазора.

Для плоскопараллельных воздушных зазоров

(9.11)

где и - соответственно сечение, м²_, и длина воздушного зазора, м;

- магнитная постоянная, Гн/м.

Подставив производную от выражения (9.11) по в (9.10), получим

. (9.12)

Для практических расчетов удобнее иной вид формулы (9.12). В результате несложных преобразований получим

, (9.13)

где - индукция в воздушном зазоре, Тл; - поток, Вб; - сечение зазора, м².

Подставляя в (9.12) различные значения , можно построить тяговую характеристику реле при постоянном токе в обмотке. Теоретически эта характеристика уходит в бесконечность при 0. Реальное усилие достигает лишь значения . В реле всегда ограничивают минимальный зазор укрепляя на якоре немагнитный штифт. В противном случае якорь может «залипнуть», т. е. остаться притянутым после выключения тока в обмотке за счет остаточного магнетизма в электротехнической стали.

Механические характеристики реле имеют, как правило, вид ломанных линий (рис. 9.3, б) и получаются в результате суммирования характеристик возвратной пружины (ВП) и контактных пружин контактов КР и КЗ.

Током (МДС) срабатывания называют ток в обмотке, под действием которого при зазоре электромагнитное усилие начинает превышать механическое и якорь реле притягивается к сердечнику.

Током (МДС) отпускания называют ток, действие которого при зазоре не в состоянии создать электромагнитное усилие, удерживающее якорь в притянутом состоянии, вследствие чего якорь возвращается в нормальное положение.

Тяговые и механические характеристики реле должны быть правильно согласованы. Для этого тяговые характеристики при токах и , проходя соответственно через точки механической характеристики 1 и 2, не должны пересекаться с механической характеристикой в области зазоров < (рис. 9.3, а). В противном случае якорь может «застрять» в промежуточных точках характеристик (точки 3 и 4 на рис. 9.3, б).

Коэффициентом возврата реле называют отношение

.

Временные параметры реле. Время срабатывания реле состоит из времени трогания и движения якоря

где - время трогания, т. е. промежуток времени, в течение которого ток нарастает от нуля до тока срабатывания (рис. 9.3, б); в конце этого промежутка электромагнитное усилие превысит противодействующее и якорь придет в движение; - время движения якоря при его перемещении из нормального состояния в притянутое.

Время отпускания также состоит из двух составляющих:

.

Важно отметить, что время движения якоря при отсутствии специальных тормозящих устройств, как правило, значительно меньше времени трогания. Поэтому время срабатывания реле зависит в основном от времени трогания.

Реле можно разделить по временным параметрам на нормальные ( имеет порядок 30-50 мс), быстродействующие ( порядка нескольких миллисекунд) и замедленные, так называемые реле времени, у которых временные параметры специальными методами увеличены в пределах от десятых долей секунды до минут.

Время срабатывания и отпускания реле можно изменять как схемными, так и конструктивными методами.

Рис. 9.3 Тяговая и механическая характеристика реле

1.2 Поляризованное реле

Реле, нечувствительные к направлению тока в обмотке, называют нейтральными. Часто требуется, чтобы реле реагировали не только на величину, но и на знак тока управления. Такие реле называют поляризованными. В электромагнитных реле можно осуществить чувствительность к полярности тока в обмотке с помощью постоянных магнитов.

На рис. 9.4 представлена конструкция поляризованного реле. По магнитопроводу поляризованного реле могут протекать поток Ф от обмоток, обтекаемых электрическим током, и поток Ф_о от постоянного магнита. Якорь перемещается в зазоре в зависимости от суммарного действия этих потоков.

При отсутствии тока в обмотке реле якоря будет находиться в строго вертикальном положении. В этом случае поток постоянного магнита Ф_о делится пополам:

,

и усилия, тянущие якорь влево и вправо, одинаковы:

.

Данное равновесное состояние неустойчиво. Достаточно якорю немного отклониться от нейтрального положения, например, влево, как изменятся воздушные зазоры, определяющие сопротивление левого и правого контуров магнитопровода, и потоки станут соответственно равными:

.

1.3 Поляризованное реле

Левое усилие возрастет, правое уменьшится, и появится результирующее усилие



Если это усилие выразить через перемещение якоря х и пренебречь сопротивлением стальных участков магнитопровода по сравнению с воздушными зазорами и принять зазоры между якорем и полюсными наконечниками плоскими, то можно доказать, что:

Электромагнитное усилие определяет контактное давление, а, следовательно, и допустимый ток, который могут пропускать контакты при обесточенной обмотке реле, не перегреваясь.

Если в обмотке реле поменять полярность тока срабатывания I_сраб такой величины, чтобы Ф_э = ДФ, то якорь перебросится из левого в правое положение, т. к. правое усилие станет больше левого. При этом потоки до момента переброски будут равны

.

Если после переброски ДФ изменить знак и принять Ф_э = ДФ, то потоки станут равными

В правом положении при токе I_сраб в обмотке суммарное усилие потоков Ф₀ и Ф, действующее на якорь, равно

т. е. окажется вдвое больше, чем Р_о .

Таким образом, поток постоянного магнита выполняет в поляризованном реле роль противодействующей пружины до тех пор, пока ток не достигнет тока срабатывания I_сраб. После же перехода якоря за нейтраль, перераспределяющийся поток Ф_о создает дополнительное усилие, способствующее перемещению якоря. Этим в какой-то мере объясняется короткое время срабатывания поляризованных реле, не превышающее нескольких миллисекунд. Кроме того, дополнительное усилие, сжимая контакты, позволяет довести коэффициент управления, т. е. отношение мощности, пропускаемой контактами, к мощности срабатывания в обмотке до 5 000, чего не допускает ни одно нейтральное реле.

Поляризованные реле отличаются высокой чувствительностью и быстродействием. Максимальная чувствительность поляризованных реле характеризуется мощностью срабатывания до 10 ^-5 Вт. Время срабатывания составляет от несколько до миллисекунды.

1.4 Тяговые электромагниты

В системах автоматики требуется исполнительное устройство, которое должен перемещать якорь на расстояние порядка нескольких миллиметров с усилием в несколько десятков ньютонов. К таким исполнительным устройствам относятся различные клапаны, защелки, мощные выключатели (контакторы). Для привода подобных устройств применяют тяговые электромагниты, которые характеризуются перемещением якоря на большие расстояния и развивают огромное электромагнитное усилие.

В тяговых электромагнитах электромагниты чаще выполняют броневого типа (рис. 9.5). Обмотка 1, как броней, защищена корпусом 4, который служит одновременно ярмом электромагнита. Конструкция электромагнита выполнена так, чтобы сечение магнитопровода по всей длине магнитной линии оставалось приблизительно постоянным. Якорь 6 электромагнита для уменьшения трения и предотвращения залипания перемещается внутри тонкостенной латунной трубки 7. Для снижения МДС паразитного воздушного (немагнитного) зазора, равного толщине трубки 7, передняя крышка электромагнита имеет «воротничок» 5. Увеличенная площадь «воротничка» позволяет магнитному потоку пройти паразитный зазор со значительно меньшей индукцией, чем в остальной части магнитопровода, и, следовательно, с малой потерей МДС обмотки.

Принцип работы тягового электромагнита заключается в следующем. При обесточенном состоянии, когда к обмоткам электромагнита не подается напряжение, якорь 6 отводится возвратной пружиной 3 в крайнее правое положение. При подключении обмотки электромагнита к постоянному напряжению по обмотке будет протекать постоянный ток, и этот ток образует постоянный магнитный поток, который будет притягивать якорь 6 к сердечнику 2. Если ток в обмотке достигнет значения тока срабатывания I_сраб, то якорь полностью притянется к сердечнику, преодолевая сопротивление пружины 3 и приводя в движение связанное с ним устройство.



Рис. 9.5. Конструкция тягового электромагнита:

1 - обмотка электромагнита; 2 - сердечник; 3 - возвратная пружина;

4 - корпус электромагнита; 5 - передняя крышка; 6 - якорь;

7 - тонкостенная латунная трубка

Электромагнитное усилие или тяговая характеристика показана на рис. 9.6, б). Однако плоский якорь, как показан на рис. 9.5, дает тяговую характеристику, слишком круто идущую вверх. Для «выравнивания» характеристики применяют конический якорь.

Проводимость воздушного зазора в электромагните с коническим якорем (рис. 9.6, а) определяется фактическим воздушный зазором

(9.15)

и фактическим сечением, равным боковой поверхности конуса

(9.16)

Из (9.15) и (9.16) следует

 (9.17)

Подставляя производную от (9.17) в (9.3), получаем

. (9.18)

Рис. 9.6 Конструкция электромагнита с коническим якорем и тяговая характеристика электромагнита

Из сравнения равенства (9.15) с выражением для усилия при плоском якоре (9.12) очевидно, что

. (9.19)

Из выражения (9.5) следует, что при одинаковых сечениях s и зазорах , тяговая характеристика конического якоря должна идти выше, чем плоского, т. к. cos²г < 1. Однако это наблюдается лишь при относительно больших зазорах (рис. 9.6, б), когда магнитная система далека от насыщения. При малых зазорах (левее точки А) система насыщается, причем у конусного якоря более сильно вследствие меньшего общего сопротивления магнитной цепи за счет уменьшенного фактического сопротивления зазора. У конического якоря часть МДС обмотки, приходящаяся на зазор (Iщ)_д, уменьшается скорее, чем у плоского, и тяговая характеристика конического якоря 2 в области малых зазоров проходит ниже характеристики плоского якоря 1.

Время срабатывания электромагнитов составляет от 20 до 100 миллисекунд и может быть изменено различными способами.

1.5 Электромагнитные реле переменного тока

Во всех отраслях промышленности, а также в системах автоматики основным источником энергии является сеть переменного тока, поэтому целесообразно применение реле, рассчитанных на питание переменным током.

Сердечник реле переменного тока набирают из листовой электротехнической стали, подобно трансформаторам для того, чтобы уменьшить потери на вихревые токи и гистерезис от переменного магнитного потока, который возникает в сердечнике реле.

Пусть реле питается переменным током

, (9.20)

тогда квадрат тока равен

,

где I - действующее значение тока в обмотке реле.

Если подставить в выражение (9.19) выражение (9.20), то электромагнитное усилие будет состоять из постоянной составляющей и переменной, меняющейся с двойной частотой:

 (9.21)

Как видно из (9.21), в реле переменного тока электромагнитное усилие зависит от времени и обращается в нуль с двойной частотой в период, что вызывает вибрацию якоря при работе.

Для устранения вибраций в магнитной системе необходимы два потока, сдвинутых во времени. Этого можно достигнуть в двухобмоточных реле, если с помощью внешних индуктивности и емкости (рис. 9.7, а) создать сдвиг фаз во времени между токами I₁ и I₂, равный р/2.

Тогда

Другим способом уменьшения вибрации является расщепление магнитного потока с помощью короткозамкнутого витка, охватывающего одну из половинок пропиленного сердечника (рис. 9.7, в). Работу схемы можно объяснить на векторной диаграмме рис. 9.7, г). Короткозамкнутый виток подобен вторичной обмотке трансформатора, образованного на потоке Ф_в. В обмотке реле, выполняющей роль первичной обмотки трансформатора, будет протекать ток I_1, равный, как обычно, сумме намагничивающего тока I_ов и тока в короткозамкнутом витке , приведенного к первичной цепи и принятого находящимся в фазе с ЭДС в витке. Однако кроме потока Ф_В обмотка реле создает поток Ф_А, который является потоком обычной катушки со сталью и, значит, находится почти в фазе с током этой катушки, т. е. с током I₁ обмотки реле. Если P_эm1 = P_эm2 = P_эm, то суммарное электромагнитное усилие, притягивающее якорь, не изменяется во времени (рис. 9.6, б):

.

Таким образом, между потоками Ф_A и Ф_в возникает сдвиг фаз, и одновременно оба потока в нуль не обращаются в любой момент времени, поэтому существует усилие, удерживающее якорь от вибрации. Каждое из усилий изменяется во времени согласно (9.21):

,

откуда постоянная составляющая суммарного усилия

,

а амплитуда переменной составляющей на основании теоремы косинусов



Рис. 9.7 Электромагнитные реле переменного тока

В существующих конструкциях ц = 60 ° и при равенстве Р_ср1 ? Р_ср1 это означает, что Р_~ = Р_/2, т. е. усилие никогда не становится меньше половины постоянной составляющей.

Муфта - это устройство, предназначенное для сцепления двух вращающихся валов для передачи механического момента от ведущего к ведомому валу. Муфта называется электромагнитной, если для передачи механического момента используется электромагнитные явления. Электромагнитные муфты бывают релейного действия, осуществляющее жесткое сцепление двух валов при подаче сигнала и гибкого сцепления, когда частота вращения ведомого вала зависит от величины входного сигнала.

Электромагнитные муфты применяют в системах автоматики для электрического управления передачей вращения и момента от одного вала к другому. По характеру передачи вращающего момента электромагнитные муфты можно подразделить на фрикционные, где момент передается за счет механического трения, и порошковые, где момент передается за счет сил магнитного притяжения крупинок электромагнитного порошка.

На рис. 9.8 показаны схемы конструкций фрикционных муфт. Во фрикционной муфте (рис. 9.8, а) небольшой мощности осуществляется передача вращения и момента от ведущего вала 4 к ведомому валу 2. Полумуфта 3 укреплена неподвижно на ведущем вале 4, а перемещающаяся полумуфта 1 расположена на ведомом вале 2 и посажена на скользящей шпонке. Неподвижная полумуфта служит сердечником, а другая подвижная - якорем. Кроме того, полумуфты помещены в неподвижный корпус 6, внутри которого находится обмотка электромагнитной муфты 5.

В вышеуказанных муфтах (рис. 9.8, а) небольшой мощности сила трения развивается на стыке соприкасающихся половинок муфты, одна из которых может перемещаться вдоль ведомого вала 2 на скользящей шпонке, а другая 3 неподвижно укреплена на ведущем валу 4.

Если в обмотку муфты 5 подать постоянное напряжение U_п, то по обмоткам будет протекать ток, который образует магнитный поток Ф. Этот поток будет притягивать перемещающуюся полумуфту 1, которая служит сердечником, к неподвижной полумуфте 3, которая является якорем. В конструктивной схеме (рис. 9.8, а) корпус 6 и обмотка 3 неподвижны, поэтому полумуфты вращаются внутри корпуса и обмотки.

Вращающий момент, передаваемый такой муфтой,

(9.22)

где сила, сжимающая половинки муфты,

. (9.23)

Подставив выражение (9.23) в (9.22) и учтя, что , получим

. (9.24)

Допустимое усилие зависит от материала трущихся поверхностей: для стали оно равно р = 40-60 н/см², для феррадо р = 20-25 н/см²_, для тонких стальных дисков р = 28-42 н/см².

Коэффициент трения определяется материалом и смазкой; для стали k_т = 0,08, для феррадо k_т = 0,3, для чугуна k_т = 0,1-0,15.

Для мощных фрикционных муфт конструкция со стальными дисками 1 такая, как показано на рис. 9.8, б). Одни диски закреплены одним концом в пазах ведущего вала 2, а другие - в пазах корпуса ведомой полумуфты 3.

Если в обмотку муфты 5 подать постоянное напряжение U_п, то по обмоткам будет протекать ток, который образует магнитный поток Ф. Этот поток будет прижимать перемещающийся якорь 4 к сердечнику (полумуфте), сжимая стальные диски 1. При этом развивающиеся на поверхностях стальных дисков силы трения будут передавать вращающийся момент. Таким образом, осуществляется передача вращения ведущего к ведомому валу. В данном случае обмотка муфты вращается, и для подвода тока необходимы контактные кольца.

Вращающий момент в муфте этого вида

,

где D_ср - средний диаметр дисков; n - число дисков.

Электромагнитный расчет фрикционных муфт в общих чертах аналогичен расчету тяговых электромагнитов.

Простейшая конструкция порошковой муфты показана на рис. 9.9, а), которая состоит из двух магнитопроводов - полумуфт 1 и 2, причем в полумуфте 2 расположена обмотка 3. Зазор между гладкими поверхностями полумуфт 1 и 2 заполнен ферромагнитным веществом 4. Как правило, это смесь порошка железа (размером зерен 2-8 мкм) и смазывающего вещества (тальк, графит, масло).

Рис. 9.8 Схемы конструкций фрикционных муфт

Если в обмотку муфты 3 подать постоянное напряжение U_п, то по обмоткам будет протекать ток, образующий магнитный поток Ф. Этот поток будет намагничивать частицы железа и образует цепочки элементарных магнитов, которые создадут тангенциальное усилие и передадут вращение от одной половины муфты к другой. При выключении тока магнитное поле пропадает, цепочки элементарных магнитов разрушаются, и половинки муфты проскальзывают. В этом типе порошковой муфты обмотка вращается, и для подвода тока необходимо предусмотреть контактные кольца.

Конструкция порошковой муфты (рис. 9.9, б), состоит из цилиндра 1 и стакана 2. Зазор между гладкими поверхностями заполнен ферромагнитным веществом. Принцип работы такой порошковой муфты ни чем не отличается от предыдущей, отличительной особенностью является более большая площадь активной части полумуфт.

Предельный вращающий момент, который может передать муфта,

,

где D_cp - средний диаметр по зазору муфты; s - площадь активной части зазора, равная для цилиндрической муфты (рис. 9.9, б); р - удельное тангенциальное усилие.

Исследования показали, что величина тангенциального усилия является сложной функцией, зависящей от индукции в зазоре, состава порошка, окружной скорости и величины зазора. В пределах изменений зазора от 0,25 до 1,5 мм, индукции от 0,5 до 1,0 тл и окружной скорости до 16 м/с величину р можно вычислить с достаточной точностью по формуле, н/м²:

,

где индукция в зазоре, тл; зазор, см; относительная магнитная проницаемость суспензии (смеси порошка железа со смазывающим веществом); размерный коэффициент, см, зависящий в свою очередь от индукции, зазора и окружной скорости муфты.



Рис. 9.9 Схемы конструкций порошковых муфт

По сравнению с фрикционными электромагнитные порошковые муфты обладают более высоким быстродействием, меньшими значениями МДС и мощности срабатывания (так как воздушный зазор заменен ферромагнитной суспензией) и большим сроком службы в условиях частых переключений, когда поверхности трения фрикционных муфт быстро изнашиваются. Срок службы порошковых муфт без смены суспензии составляет 400-500 ч, после чего наблюдается быстрое падение момента, которое обусловливается интенсивным окислением и разрушением зерен порошка.

1.6 Магнитоуправляемые контакты (герконы)

В последние годы в системе автоматики находят все большее применение магнитоуправляемые контакты (МК) или герконы (герметизированные контакты), которые из-за герметизации контактов в значительной мере повышают надежность работы реле в целом. Герконы обладают надежными контактами, неподвергающимися воздействиям окружающей среды (пыль, влажность, газы, вызывающие коррозию, и т. п.).

На рис. 9.10, а) представлен геркон, который состоит из стеклянной колбочки 2 и двух пластинок 1, которые впаяны в стеклянную колбочку 2. Пластинки изготовлены из пермаллоя и выполняют одновременно роль сердечника и контактных пружин, а их концы 3 являются контактами. Пространство внутри колбочки заполнено азотом или инертным газом. К наружным концам 4 пластинок могут припаиваться провода.

В нормальном положении пластинки в колбочке впаяны таким образом, что контакты разомкнуты. Если геркон поместить в магнитное поле, направленное вдоль пластинок, то в воздушном зазоре между контактами возникнет электромагнитное притяжение, и эти контакты замкнутся при условии, что электромагнитное усилие больше механических сил упругости пластинок.

Магнитное поле в герконе, управляющее контактами, может быть создано постоянными магнитами или токами в обмотке. В простейшем случае это может быть соленоид, внутри которого помещен геркон.

Другим достоинством герконов является хорошее быстродействие, т. е. маленькое время срабатывания. Время срабатывания и отпускания герконов составляет доли миллисекунды (в электромагнитных реле - десятки миллисекунд), т. к. у них отсутствует якорь.

Улучшение контакта в МК достигается покрытием концов пермаллоевых пластин золотом, серебром, родием или смачиванием ртутью. МК, подобно обычным реле, можно выполнить нейтральными и поляризованными, а также замыкающими, размыкающими и переключающими.

Благодаря особенностям конструктивного выполнения, МК имеют следующие преимущества:

высокую надежность коммутации в любой среде;

длительный срок службы (до 10⁸-10° срабатываний);

высокое быстродействие;

удовлетворительную виброустойчивость и радиационную стойкость;

5) небольшую стоимость при изготовлении.

К недостаткам МК относятся: малое число контактных групп (одна пара контактов в одной колбочке): дребезг при замыкании; большая МДС срабатывания, чем у обычных электромагнитных реле, т. к. магнитный поток должен преодолевать несколько воздушных промежутков; невозможность работы от переменного источника тока;хрупкость геркона из-за стеклянной колбы .

Рис. 9.10 Конструктивные формы магнитоуправляемых контактов

Поляризованные герконы осуществляют путем размещения внутри колбочки тонких пластинчатых постоянных магнитов, обеспечивающих в МК притяжение подвижного конца средней пластины к верхнему или нижнему контакту в зависимости от направления тока в обмотке.

Замыкание контактов герконов можно проводить приближением к концам пластин постоянного магнита, под действием поля которого пластины замыкаются. Однако чаще МК управляются обмотками с током. Возможны реле с одним или несколькими МК, замыкающимися при токе срабатывания и размыкающимися при токе отпускания.

Процессы срабатывания реле с МК отличаются от процессов обычных электромагнитных реле. В обычном реле движение якоря начинается только после того, как будут достигнуты (). при которых электромагнитное усилие превзойдет механическое противодействие пружины в точке наибольшего воздушного зазора.

В герконе движение пластин начинается сразу с появлением тока в обмотке. По мере роста НС обмотки воздушный зазор (рис. 9.11) проходит положения , , в которых механическая характеристика контактных пластин пересекается с тяговыми характеристиками, соответствующими токам и . При достижении током МДС критического значения, при котором тяговая характеристика касается механической, а зазор равен , предварительное сближение пластин заканчивается.

Рис. 9.11 Тяговая и механическая характеристика геркона

Для зазоров, меньших критического, тяговая характеристика лежит выше механической, а, значит, пластины будут энергично сближаться под действием разности сил Рэ - Рм даже при неизменном токе в обмотке.

Контрольные вопросы

1. На какие типы подразделяются электромагнитные реле?

2. Какая характеристика в реле называется тяговым?

3. Какая характеристика в реле называется механическим?

4. В чем особенности электромагнитных реле переменного тока?

5. Перечислите способы устранения вибрации якоря?

6. Что с собой представляют магнитоуправляемые контакты (герконы)?

7. Что с собой представляет поляризованное реле?

8. Что такой ток срабатывания и ток отпускания?

9. Как называется характеристика (тяговая сила от зазора якоря)?

10. Что с собой представляют электромагнитные муфты?

Размещено на Allbest.ru