Электромагнитные реле переменного тока

 

В тех случаях, когда основным источником энергии является сеть переменного тока, желательно применять реле, обмотки которых питаются переменным током. При подаче в обмотку реле переменного тока якорь будет притягиваться к сердечнику так же, как и при постоянном токе под действием электромагнитной силы F₃, пропорциональной магнитному потоку Ф_δ, возникающему в зазоре между якорем и сердечником и создаваемому при протекании тока в обмотке электромагнита:

 

 

Так как ток в обмотке электромагнита переменный, то и магнитный поток Ф_δ, создаваемый этим током в рабочем зазоре, будет также переменным, т. е.

 

 

После преобразований получим

 

 

или

 

 

где μ₀ — магнитная постоянная.

 

 

Изменение тока I в обмотке и соответствующее изменение электромагнитного усилия во времени изображены на рис. 11.7.

Якорь будет притягиваться к сердечнику под действием среднего значения электромагнитного усилия, т. е. его постоянной составляющей F_э.cp. Величина F_э.cp определяется путем тригонометрического преобразования формулы (11.1):

 

 

где постоянная составляющая электромагнитного усилия

 

 

а переменная составляющая

 

 

Из формулы (11.2) следует, что электромагнитное усилие меняется (пульсирует) с удвоенной частотой 2ω, обращаясь в нуль дважды за период питающего (входного) напряжения. Следовательно, якорь реле может вибрировать, периодически оттягиваться от сердечника возвратной пружиной, что вызывает износ его оси, обгорание контактов, прерывание электрической цепи и другие нежелательные явления.

 

 

Хотя переменный ток является более распространенным, чем постоянный, реле постоянного тока нашли большее применение, так как они требуют использования шихтованного магнитопровода (набранного из отдельных листов), а также специальных мер для устранения вибрации якоря. Возможно включение реле постоянного тока в сеть переменного тока через выпрямительные устройства. На рис. 11.8 изображены схемы подобных устройств.

Рассмотрим способы устранения вибрации якоря реле переменного тока.

Применение двухфазного реле. На рис. 11.9, а изображена схема двухфазного реле переменного тока, имеющего две обмотки, расположенные на двух сердечниках ЭМ1 и ЭМ2 с общим якорем. Обмотки реле соединены параллельно друг другу. В цепь одной из обмоток включен конденсатор C, благодаря чему токи I₁ и I ₂ в обмотках реле оказываются сдвинутыми по фазе на угол π/2 (рис. 11.9, б). Так как токи в обмотках проходят через нуль в разные моменты времени, то результирующее тяговое усилие F_э(p), действующее на якорь, никогда не обращается в нуль и имеет постоянное значение, т.е. не содержит переменной составляющей (рис. 11.9, в).

 

 

 

Применение короткозамкнутого витка (экрана), охватывающего часть конца сердечника (расщепленный сердечник), является наиболее эффективным способом устранения вибрации якоря реле.

На рис. 11.10 изображена схема реле переменного тока с короткозамкнутым витком (контакты реле и выводы обмотки на схеме не показаны). Конец сердечника, обращенный к якорю, расщеплен на две части, на одну из которых надета короткозамкнутая обмотка — экран Э (один или несколько витков).

Принцип работы реле заключается в следующем. Переменный магнитный поток Ф _осносновной обмотки w _осн, проходя через разрезанную часть сердечника, делится на две части. Часть потока Ф₂ проходит через экранированную половину полюса сечением S _δ2, в которой размещается короткозамкнутая обмотка (экран), а другая часть потока Ф₁ проходит через неэкранированную половину полюса сечением S _{δ 1}. Поток Ф₂ наводит в короткозамкнутом витке ЭДС е_кз, которая создает ток /_кз. При этом возникает еще один магнитный поток Ф_кз, который воздействует на магнитный поток Ф₂ и вызывает его отставание относительно потока Ф₁ по фазе на угол φ = 60... 80°. Благодаря этому результирующее тяговое усилие F_э никогда не доходит до нуля, так как потоки проходят через нуль в разные моменты времени.